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基于在线约束限制的飞行器预测校正制导

程阳 程林 张庆振 倪昆 储培

程阳, 程林, 张庆振, 等 . 基于在线约束限制的飞行器预测校正制导[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(10): 2143-2153. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0833
引用本文: 程阳, 程林, 张庆振, 等 . 基于在线约束限制的飞行器预测校正制导[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(10): 2143-2153. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0833
CHENG Yang, CHENG Lin, ZHANG Qingzhen, et al. Aircraft predictor-corrector guidance based on online constraint limit enforcement[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(10): 2143-2153. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0833(in Chinese)
Citation: CHENG Yang, CHENG Lin, ZHANG Qingzhen, et al. Aircraft predictor-corrector guidance based on online constraint limit enforcement[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(10): 2143-2153. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0833(in Chinese)

基于在线约束限制的飞行器预测校正制导

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0833
详细信息
    作者简介:

    程阳  男, 硕士研究生。主要研究方向:再入制导

    程林  男, 博士研究生。主要研究方向:再入制导、自适应控制、智能优化算法

    张庆振  男, 博士, 副教授。主要研究方向:制导、控制与故障诊断

    通讯作者:

    程阳, E-mail: chengyang1104@163.com

  • 中图分类号: V412.4

Aircraft predictor-corrector guidance based on online constraint limit enforcement

More Information
  • 摘要:

    针对传统预测校正算法在再入过程中弹道性能与约束无法保障等问题,提出了一种基于倾侧角参数化的离线弹道优化与在线预测校正相结合的再入制导方法。基于平衡滑翔条件对过程约束进行分析,并证明了倾侧角剖面对射程的单调性。离线部分通过控制量参数化(CVP)方法构建控制模型,并使用序列二次规划(SQP)方法对弹道进行优化,从而大幅度提高弹道性能。在线部分利用Gauss-Newton法实时对弹道进行迭代求解,得出满足终端约束的倾侧角剖面,引导飞行器平稳、精确地飞向末端能量段并满足射程约束,Gauss-Newton法求解弹道具有收敛速度快、精度高的特点。针对高升阻比飞行器导致平衡滑翔条件难以成立以及飞行过程中的强干扰使约束超出的问题,提出了一种约束限制方法,对再入时的过程约束进行了有效的保障。仿真结果表明,本文方法对投放偏差、飞行器参数与大气模型等不确定因素具有良好的鲁棒性,对弹道性能的保障具有工程应用价值。

     

  • 图 1  制导总体方案

    Figure 1.  General guidance scheme

    图 2  常规HV走廊[19]

    Figure 2.  General HV corridor[19]

    图 3  速度-倾侧角剖面

    Figure 3.  Velocity-bank angle profile

    图 4  射程-高度曲线

    Figure 4.  Range-height curves

    图 5  倾侧角参数化模型

    Figure 5.  Bank angle parametric model

    图 6  优化倾侧角剖面

    Figure 6.  Optimized bank angle profile

    图 7  纵向飞行轨迹

    Figure 7.  Longitudinal flight trajectory

    图 8  横向走廊

    Figure 8.  Horizontal corridor

    图 9  倾侧角调节方案

    Figure 9.  Bank angle adjustment scheme

    图 10  纵向轨迹对比

    Figure 10.  Comparison of longitudinal trajectory

    图 11  热流率曲线对比

    Figure 11.  Comparison of heat flow curves

    图 12  动压曲线对比

    Figure 12.  Comparison of dynamic pressure curves

    图 13  过载曲线对比

    Figure 13.  Comparison of load curves

    图 14  速度-倾斜角校正曲线

    Figure 14.  Velocity-flight path angle corrected curves

    图 15  过载曲线

    Figure 15.  Load curves

    图 16  热流率曲线

    Figure 16.  Heat flux curves

    图 17  动压曲线

    Figure 17.  Dynamic pressure curves

    图 18  倾侧角剖面

    Figure 18.  Bank angle profile

    图 19  落点分布

    Figure 19.  Droppoint distribution diagram

    图 20  纵向轨迹分布

    Figure 20.  Composition of longitudinal trajectory

    图 21  横向轨迹分布

    Figure 21.  Composition of horizontal trajectory

    表  1  仿真条件

    Table  1.   Simulation conditions

    参数数值
    初始点高度/km100
    经度/(°)160
    纬度/(°)5
    速度/(m·s-1)7 200
    速度倾斜角/(°)-2
    速度航向角/(°)55
    终端约束高度/km20
    速度/(m·s-1)1 800
    目标经度/(°)225
    目标纬度/(°)25
    过程约束热流率/(kW·m-2)≤1 200
    动压/kPa≤200
    过载/g0≤4
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    表  2  弹道求解精度

    Table  2.   Accuracy of trajectory solvingkm

    km
    剩余射程Sgo求解弹道射程Spre射程偏差Sgo-Spre
    6 210.562 726 210.564 78-0.002 1
    6 500.000 006 499.967 920.032 1
    7 000.000 006 999.997 800.002 2
    7 500.000 007 499.971 330.028 7
    8 000.000 007 999.998 060.001 9
    8 462.523 648 462.519 510.004 1
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    表  3  弹道求解时间

    Table  3.   Time of trajectory solving

    参数次数最大
    时间/s
    最小
    时间/s
    平均
    时间/s
    时间
    标准差/s
    数值270.796 40.096 10.477 10.227 1
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    表  4  总气动热对比

    Table  4.   Comparison of total aerodynamic heat

    射程/km离线气动热/kJ在线气动热/kJ偏差/%
    5 775.8419 771422 6660.69
    6 267.9439 710442 2120.57
    6 764.7459 646462 7560.68
    7 264.8476 898480 3600.73
    7 767.2493 759496 4920.55
    8 270.9505 929509 2140.65
    8 775.2524 966528 5310.68
    9 279.5545 929550 0880.76
    9 782.9560 820566 3700.99
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    表  5  参数拉偏表

    Table  5.   Parameter deviation table

    参数拉偏值
    高度/km5
    速度/(m·s-1)30
    速度航向角/(°)1
    质量/%10
    大气密度/%10
    经度/(°)5
    纬度/(°)5
    速度倾斜角/(°)0.1
    升力系数/%10
    阻力系数/%10
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-27
  • 录用日期:  2017-02-06
  • 刊出日期:  2017-10-20

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