一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法
【专利摘要】公开了一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法，所述方法包括：获取当地俯仰角φ与当地滚转角γd的约束条件；根据当地俯仰角φ的约束条件确定攻角指令的限幅策略；根据当地滚转角γd的约束条件确定倾侧角指令的限幅策略。本发明通过对制导指令中的攻角、倾侧角进行直接限幅，从而间接保证飞行器在飞行过程中能够满足强姿态约束条件。本发明的方法简单、实用，具有很好的应用效果。
【专利说明】
一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高超声速制导领域，尤其涉及一种使飞行器满足强姿态约束条件的方 法。
【背景技术】
[0002] 在飞行器下压飞行攻击目标时，末制导系统对飞行器的飞行姿态，比如当地俯仰 角、当地滚转角存在严格约束。而飞行器制导系统大多采用攻角、倾侧角作为制导指令。如 何使飞行器在飞行过程中满足强姿态约束条件，是制导设计中的关键。
[0003] 因此，现有技术中需要一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法，所述方法包 括：
[0005] S1、获取当地俯仰角Φ与当地滚转角yd的约束条件；
[0006] S2、根据当地俯仰角Φ的约束条件确定攻角指令的限幅策略；
[0007] S3、根据当地滚转角yd的约束条件确定倾侧角指令的限幅策略。
[0008] 优选的，当飞行器的飞行高度位于高度区间时，当地俯仰角Φ的约束条 件为Φ? min《Φ《Φ? max，当地滚转角Yd的约束条件为| γ<?|《γ? max;其中，i = l，2'"N，r^J 高度区间的总个数，Φ? min为高度区间[hdhi]内的当地俯仰角的极小值，Φ? max为高度区 间[hi-i，hi ]内的当地俯仰角的极大值，γ i max为高度区间[hi-i，hi ]内的当地滚转角的极大 值。
[0009] 优选的，当地俯仰角Φ与当地滚转角yd的约束条件具体为:划分N个高度区间，在 每个高度区间内确定对当地俯仰角Φ与当地滚转角Yd的约束条件;其中，N为大于等于1的 整数。
[0010] 优选的，根据高度区间的不同，对攻角指令、倾侧角指令进行分段限幅。
[0011] 优选的，当飞行器飞行高度位于高度区间[Ιιη,Ιη]时，所述攻角指令的限幅策略 具体为：
[001 2] Qmax - Φ i niax+dAmax+? ;
[001 3] Clmin- Φ i min+dAmin+? ;
[0014] 式中，amax为高度区间[hi-i，hi]内的攻角极大值，amin为高度区间[hi-i，hi]内的攻角 极小值，dA max、dAmin为预设常数，Θ为弹道倾角。
[0015] 优选的，当飞行器飞行高度位于高度区间[Ιη^Ιη]时，所述倾侧角指令的限幅策 略具体为：
[0016] -yid< γ cx< Tid；
[0017] 式中，ycx为倾侧角。
[0018] 优选的，dAmax = dAmin。
[0019] 优选的，-3° < dAmax < 3°，-3° < dAmin < 3°。
[0020] 本发明提供了一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法，主要包括:获取当地俯 仰角Φ与当地滚转角Y d的约束条件;根据当地俯仰角Φ的约束条件确定攻角指令的限幅 策略;根据当地滚转角Yd的约束条件确定倾侧角指令的限幅策略。本发明通过直接对制导 指令中的攻角、滚转角进行限幅，从而间接保证飞行器在飞行过程中满足强姿态约束条件， 具有很好的应用效果。
【附图说明】
[0021] 通过以下参照附图而提供的【具体实施方式】部分，本发明的特征和优点将变得更加 容易理解，在附图中：
[0022] 图1是实施例中的使飞行器满足强姿态约束条件的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描 述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
[0024] 末制导系统工作时对飞行器的飞行姿态存在严格约束。通常，所述严格约束主要 表现为对当地俯仰角、当地滚转角的约束。而在现有技术中，末制导系统大多采取攻角、倾 侧角作为制导指令，因此无法对当地俯仰角、当地滚转角进行直接约束。
[0025] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法。 本发明的主要思路是，首先明确当地俯仰角和当地滚转角的约束条件，根据当地俯仰角的 约束条件确定攻角指令的限幅策略，根据当地滚转角的约束条件确定倾侧角的限幅策略。 本发明通过对制导指令中的攻角、倾侧角进行直接限幅，从而间接保证飞行器在飞行过程 中能够满足强姿态约束条件。本发明的方法简单、实用，具有很好的应用效果。
[0026] 下面结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明。图1为实施例中的使飞 行器满足强姿态约束条件的方法流程示意图。从图1可见，所述方法包括：
[0027] 步骤S1、获取当地俯仰角Φ与当地滚转角yd的约束条件。
[0028] 通常，末制导系统对飞行器的姿态约束条件与高度有关。当飞行器的飞行高度处 于不同的高度区间时，姿态约束条件也有所不同。在步骤S1中，所述当地俯仰角Φ与当地滚 转角Y d的约束条件具体为:划分N个高度区间，在每个高度区间内确定对当地俯仰角Φ与 当地滚转角yd的约束条件。其中，N为大于等于1的整数。比如，在某个制导系统中，N取3,其 对当地俯仰角、当地滚转角的约束条件如表1所示。
[0029] 表 1
[0031]从表1可见，当飞行器的飞行高度位于高度区间[Ιη+Ιη]时，当地俯仰角Φ的约束 条件为Φ? min< Φ < Φ? max，当地滚转角yd的约束条件为| yd| < γ? max。其中，i = l，2,3， Φ? min为高度区间[hi+hi]内的当地俯仰角的极小值，Φ? max为高度区间[hi+hi]内的当地 俯仰角的极大值，γ: max为高度区间[Ιιη,Ιη]内的当地滚转角的极大值。当然，在具体实施 时，高度区间的个数也可能为1个，2个，4个或其他整数个。
[0032] 步骤S2、根据当地俯仰角Φ的约束条件确定攻角指令的限幅策略。具体的，在步骤 S2中，根据高度区间的不同，对攻角指令、倾侧角指令进行分段限幅。当飞行器飞行高度Mi 于高度区间[Ιιη,Ιη]时，所述攻角指令的限幅策略具体为：
[0033] Qmax- Φ i max+dAmax+Θ ;
[0034] Qmin- Φ i min+dAmin+Θ ;
[0035]式中，amax为高度区间[hi-i，hi]内的攻角极大值，amin为高度区间[hi-i，hi]内的攻角 极小值，dAmax、dAmin为预设常数，Θ为弹道倾角。在具体实施时，dAmax与dA min可以取相同的数 值，也可以取不同的数值。通过合理设置dAmax与dAmin的大小，便于制导系统对飞行器的飞行 姿态进行更有效的姿态控制。通常，dA max的取值范围为-3° < dAmax < 3°，dAmin的取值范围为-3° <dAmin< 3°。通过明确飞行器在所属高度区间内的当地俯仰角的约束条件，便于制定当 地攻角指令的限幅策略。从而，使得制导系统能够从指令层面上对当地俯仰角进行间接约 束，提高了制导系统的制导性能。
[0036] 步骤S3、根据当地滚转角yd的约束条件确定倾侧角指令的限幅策略。具体的，在 步骤S3中，当飞行器飞行高度h位于高度区间[Ιη-^Ιη]时，所述倾侧角指令的限幅策略具体 为：
[0037] - γ id < γ cx < γ id；
[0038] 式中，ycx为倾侧角。通过明确飞行器在所属高度区间内的当地滚转角的约束条 件，便于制定当地倾侧角指令的限幅策略。从而，使得制导系统能够从指令层面上对当地滚 转角进行间接约束，提高了制导系统的制导性能。
[0039] 在本实施例中，较佳的，在对攻角指令、倾侧角指令进行限幅后，所述方法还包括 以下步骤:对第一侧向力Fzcx、第二侧向力F ycx进行更新。具体的，在飞行器下压飞行过程中， 攻角、倾侧角与第一侧向力、第二侧向力存在以下关系：
[0040] a = (Cn-co)/ci；
[0043] 式中，CQ、C1是预设的制导设计参数，q为动压，Sm为飞行器特征面积。可见，攻角指 令、倾侧角指令与第一、第二侧向力存在关联。当对攻角、倾侧角指令进行限幅后，可根据所 述限幅后的攻角、倾侧角指令对第一、第二侧向力进行更新，然后根据更新后的侧向力可计 算攻角、倾侧角，以实现制导指令的同步。
[0044] 在本发明实施例中，通过对制导指令中的攻角、倾侧角进行直接限幅，能够间接保 证飞行器在飞行过程中能够满足制导系统对当地俯仰角、当地滚转角的约束。本发明的方 法简单、实用，具有很好的应用效果。进一步的，根据飞行器飞行高度的不同，对攻角指令、 倾侧角指令进行分段限幅，提高了制导系统对飞行器姿态控制的精确性和灵活性。
[0045]虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限 于文中详细描述和示出的【具体实施方式】，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本 领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。
【主权项】
1. 一种使飞行器满足强姿态约束条件的方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 获取当地俯仰角Φ与当地滚转角γ d的约束条件； 52、 根据当地俯仰角Φ的约束条件确定攻角指令的限幅策略； 53、 根据当地滚转角γ d的约束条件确定倾侧角指令的限幅策略。2. 如权利要求1所述的方法，其中，当地俯仰角Φ与当地滚转角γ d的约束条件具体为： 划分N个高度区间，在每个高度区间内确定对当地俯仰角Φ与当地滚转角γ d的约束条 件； 其中，N为大于等于1的整数。3. 如权利要求2所述的方法，其中，根据高度区间的不同，对攻角指令、倾侧角指令进行 分段限幅。4. 如权利要求3所述的方法，其中，当飞行器的飞行高度位于高度区间[h^lu]时，当地 俯仰角Φ的约束条件为Φ《Φ-，当地滚转角γ〇ι的约束条件为| γ〇ι|《γ-; 其中，i = 1，2···Ν，N为高度区间的总个数，Φ imin为高度区间[h^，hi]内的当地俯仰角的 极小值，Φ imax为高度区间[hi-1，hi]内的当地俯仰角的极大值，γ imax为高度区间[hi-1，hi]内 的当地滚转角的极大值。5. 如权利要求4所述的方法，其中，当飞行器飞行高度位于高度区间[Ιη-^Ιη]时，所述攻 角指令的限幅策略具体为： Qmax- Φ imax+dAmax+ Θ ; Qinin: Φ imin+dAmin+ Θ ; 式中，amax为高度区间[hi-i，hi ]内的攻角极大值，amin为高度区间[hi-i，hi ]内的攻角极小 值，dAmax、dAmin为预设常数，?为弹道倾角。6. 如权利要求4所述的方法，其中，当飞行器飞行高度位于高度区间[Ιη-^Ιη]时，所述倾 侧角指令的限幅策略具体为： -γ id < γ cx < γ id ； 式中，为倾侧角。 7 .如权利要求5所述的方法，其中，dAmax = dAmin。8.如权利要求5所述的方法，其中， -3° < dAmax < 3° ； -3。< dAmin < 3。。
【文档编号】G05D1/08GK105867403SQ201610331527
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】包为民, 杨业, 黄万伟, 马卫华, 祁振强, 徐国强, 郭涛, 梁禄扬, 吴浩, 唐海红
【申请人】北京航天自动控制研究所