考虑禁飞区规避的空天飞行器分段预测校正再入制导方法

针对空天飞行器再入制导问题,提出一种考虑禁飞区规避的分段预测校正制导方法。在再入段前期采用剩余航程作为目标函数,后期引入预测落点偏差作为目标函数进行制导指令求解,同时确定倾侧角幅值和符号,兼顾了计算效率与终端制导精度。在此基础上,对于再入过程中的禁飞区规避问题,把禁飞区分为两类,增加了通过倾侧角幅值修正策略实现侧向规避制导的逻辑,可适用于无法单独通过倾侧角反转规避禁飞区的情况。最后,通过开展考虑再入初始状态和气动品质不确定性的蒙特卡罗仿真,验证了提出的分段预测校正制导方法可以有效引导空天飞行器规避禁飞区,与单段目标函数预测校正方法相比,具有更高的制导精度。

基于航路点分段的预测校正再入制导方法

针对可重复使用空天飞行器的再入及返场问题,通过设置航路点开展了分段预测校正再入制导方法研究。首先,在发射坐标系下建立了动力学模型,对再入过程中的约束条件进行了分析与转化;其次,给出了数值预测校正制导方法的设计逻辑,针对该算法迭代中可能产生的发散问题与饱和问题,一是引入一个调节因子来自适应地调整迭代步长,二是为迭代设置与速度相关的误差限,三是采用了设置航路点的方式对再入过程分段,缓解了气动不确定性带来的影响,完成了数值预测校正方法的改进;最后,通过对某空天飞行器的数值仿真验证了该方法的有效性,使用航路点分段策略能够进一步消除制导指令饱和,提升制导精度。

考虑动态控制分配的空天飞行器再入姿态复合控制设计

针对空天飞行器再入大气层阶段的直接力/气动力复合控制分配问题,设计了一种基于改进指标函数的动态控制分配律,兼顾了反作用控制系统燃料消耗和闭环控制系统响应速度需求。此外,针对空天飞行器面对称大攻角再入引发的横侧向气动强耦合问题,在预测控制律中引入了通道间交叉耦合反馈项,对姿控过程进行增稳。对比仿真结果表明,动态分配算法在提高了再入姿态控制精度的同时降低了反作用控制系统的燃料消耗;交叉耦合反馈项的引入,缓解了倾侧角指令突变对偏航通道稳定性的干扰影响。

基于神经网络航程估算模型的预测校正切换再入制导方法

针对升力式飞行器再入制导问题提出了一种智能预测校正制导方法。首先,以数值预测校正制导为出发点,考虑预测环节计算时间过长的问题,通过引入神经网络航程估算模型代替动力学积分过程,快速计算剩余飞行航程。然后,为了进一步降低神经网络训练数据规模,分析了飞行状态参数对剩余飞行航程的影响规律,对神经网络的结构进行了优化,设计了用于航程估算的全连接神经网络模型。最后,将训练好的神经网络模型应用于再入制导前中期,结合分段目标函数设计,在再入后期使用等距试探确定制导指令。蒙特卡罗仿真结果表明,所提出的基于神经网络航程估算模型的预测校正再入制导算法具有良好的鲁棒性,在保证精度的前提下提升了计算效率。

禁飞区影响下的空天飞机可达区域计算方法

针对禁飞区影响空天飞机再入可达区域问题,基于极限绕飞轨迹提出一种不限禁飞区位置的可达区域求解方法。首先,考虑空天飞机规避禁飞区后的剩余飞行能力评估,从极限绕飞轨迹与禁飞区的切点出发,提出绕过禁飞区后的子可达区域计算方法,在此基础上获得禁飞区影响下的可达区域和不可达区域的边界。然后,考虑禁飞区在经度/纬度剖面内可能出现的位置,分类讨论不同情形并给出对应子区域的求解算法,使用射线法判定目标点是否位于可达区域内,并应用分段预测校正制导方法实现面向可行目标点的导引。最后,在仿真中,给出了对经度/纬度剖面内散布的圆形禁飞区分类结果,并针对每一分类的禁飞区开展了可达区域求解计算分析。仿真结果表明,对不同种类的禁飞区情况,均能稳定实现可达区域求解,同时对于可达区域以内的目标点,通过应用分段预测校正方法可以满足再入制导精度要求。