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欠驱动高超滑翔飞行器集群协同编队控制方法
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作者 阎宏磊 陆远 +2 位作者 郭杰 唐胜景 李响 《空天防御》 2024年第1期56-62,共7页
针对高超声速滑翔飞行器滑翔段轴向过载不可控导致编队位置控制困难的问题,提出一种基于一致性编队控制和预测校正理论的协同编队控制方法。在协同制导架构基础上,基于多智能体一致性理论设计分布式集群编队控制策略,由编队中各飞行器... 针对高超声速滑翔飞行器滑翔段轴向过载不可控导致编队位置控制困难的问题,提出一种基于一致性编队控制和预测校正理论的协同编队控制方法。在协同制导架构基础上,基于多智能体一致性理论设计分布式集群编队控制策略,由编队中各飞行器的绝对位置和相对位置生成协调变量,采用动态逆方法生成基本编队控制指令;通过设计侧向机动控制指令,对编队队形进行调整,并采用双阶段预测校正控制算法实现编队集群的侧向机动控制。仿真结果表明:该方法能够实现欠驱动高超声速飞行器集群的编队队形生成和保持、良好的编队队形调节能力及对初始位置误差的鲁棒性。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 协同编队 欠驱动控制 预测校正
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高超声速攻防博弈自适应微分对策三维制导 被引量:2
2
作者 王子瑶 唐胜景 +2 位作者 郭杰 阎宏磊 葛健豪 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2342-2353,共12页
针对高超声速拦截器精确打击高超声速机动目标的攻防博弈制导问题,提出一种基于自适应动态规划(ADP)的微分对策三维制导律。将高超声速攻防博弈三维制导问题分解在纵向平面和侧向平面分别进行制导律设计。在纵向平面内建立高超声速二人... 针对高超声速拦截器精确打击高超声速机动目标的攻防博弈制导问题,提出一种基于自适应动态规划(ADP)的微分对策三维制导律。将高超声速攻防博弈三维制导问题分解在纵向平面和侧向平面分别进行制导律设计。在纵向平面内建立高超声速二人零和微分博弈问题模型,设计非二次型代价函数以满足控制约束,并通过Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程得到高超声速拦截器和目标的微分博弈最优策略。由于HJI方程无法直接得到解析解,利用ADP方法,引入评价神经网络逼近最优代价函数,进而得到攻防博弈双方的倾侧角幅值最优指令。在侧向平面内建立平行接近倾侧角反转逻辑实现侧向制导。仿真结果表明,该制导律能够在攻防博弈双方的控制约束内,实现高超声速拦截器在高超声速目标机动躲避拦截情况下的精确打击。 展开更多
关键词 高超声速 攻防博弈 自适应动态规划 平行接近
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高超声速滑翔飞行器预测校正闭环协同末制导方法 被引量:1
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作者 郑金库 唐胜景 郭杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3188-3196,共9页
针对能量持续衰减的高超声速滑翔飞行器末制导段时间协同问题,提出一种预测飞行时间并校正飞行剖面的协同制导方法。设计了一种带有负比例导引系数的参数化飞行剖面,在辨识气动参数后快速预测剩余飞行时间;通过数值算法修正飞行剖面参数... 针对能量持续衰减的高超声速滑翔飞行器末制导段时间协同问题,提出一种预测飞行时间并校正飞行剖面的协同制导方法。设计了一种带有负比例导引系数的参数化飞行剖面,在辨识气动参数后快速预测剩余飞行时间;通过数值算法修正飞行剖面参数,并输出制导指令,满足单飞行器时间约束制导要求;设计闭环协同策略,在分析飞行器时间调整能力后,各飞行器协调期望飞行时间,再自主规划飞行剖面以同时攻击目标。仿真结果表明:预测校正闭环协同制导方法可以满足时间协同末制导任务需求,落点误差小于5 m,相对时间误差小于1 s。 展开更多
关键词 高超声速滑翔飞行器 闭环协同制导 预测校正 变系数比例导引 气动辨识
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基于准平衡滑翔的解析再入制导方法 被引量:7
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作者 王肖 郭杰 +1 位作者 唐胜景 祁帅 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期58-67,共10页
针对高超声速滑翔飞行器再入制导问题,提出了一种基于准平衡滑翔的解析制导方法。在纵向基于准平衡滑翔条件建立再入航程与能量、倾侧角的解析关系,得到了倾侧角解析解,并通过高度变化率反馈使轨迹平滑;针对终端高度约束,在准平衡滑翔... 针对高超声速滑翔飞行器再入制导问题,提出了一种基于准平衡滑翔的解析制导方法。在纵向基于准平衡滑翔条件建立再入航程与能量、倾侧角的解析关系,得到了倾侧角解析解,并通过高度变化率反馈使轨迹平滑;针对终端高度约束,在准平衡滑翔条件下得到常值航迹角假设,从而建立终端高度与再入航程、航迹角的解析关系,得到了航迹角指令,并通过设计反馈控制律得到攻角解析解。对于过程约束,提出了一种基于航迹角指令的在线约束控制方法。侧向制导采用航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果表明,该制导方法计算速度快、制导精度高、扰动条件下鲁棒性较强。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 再入制导 解析解 准平衡滑翔条件
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串置翼垂直起降无人机过渡机动飞行控制 被引量:2
5
作者 唐胜景 李梦婷 +1 位作者 刘真畅 郭杰 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1342-1350,共9页
针对新型串置翼布局推力矢量无人机在垂直起降、过渡机动飞行过程中强非线性、强耦合及控制冗余的问题,采用动态逆控制方法设计全局控制系统,无需针对不同飞行模式切换控制策略。在此基础上,提出二级递进式控制分配策略,将序列二次规划... 针对新型串置翼布局推力矢量无人机在垂直起降、过渡机动飞行过程中强非线性、强耦合及控制冗余的问题,采用动态逆控制方法设计全局控制系统,无需针对不同飞行模式切换控制策略。在此基础上,提出二级递进式控制分配策略,将序列二次规划、链式递增方法相结合,对航迹回路和姿态回路的控制量进行综合优化分配。同时,根据任务需求及飞行状态,基于离线数据库在线实时更新直接力控制分配目标函数权值。采用松弛约束策略,局部放宽非线性优化问题约束,增加优化求解速度。仿真结果表明该控制器能够有效跟踪高机动目标航迹。 展开更多
关键词 过渡机动飞行 直接力控制 控制分配 非线性动态逆控制
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智能化分布式协同作战体系发展综述 被引量:49
6
作者 唐胜景 史松伟 +1 位作者 张尧 周亮 《空天防御》 2019年第1期6-13,共8页
智能化分布式协同作战具有高度集成、自组织、自决策、效费比高等特点,势必将成为未来战场上行之有效的作战模式。从作战理念的核心思想、体系架构的组成要素及其突出特点三个方面出发,论述了智能化分布式协同作战的概念与内涵。首先,... 智能化分布式协同作战具有高度集成、自组织、自决策、效费比高等特点,势必将成为未来战场上行之有效的作战模式。从作战理念的核心思想、体系架构的组成要素及其突出特点三个方面出发,论述了智能化分布式协同作战的概念与内涵。首先,概括介绍了国内外先进的智能化分布式协同作战系统项目,重点阐述了相关项目的发展目的和技术特点;随后,详细分析了推动智能化分布式协同作战系统发展的关键技术,包括态势感知与认知技术、信息融合与目标跟踪技术、分布式协同任务规划技术以及一致性控制与协同制导技术;最后,根据对国内外相关项目和关键技术研究成果的分析,从平台设计过程和技术特点出发提出相关发展建议,为智能化分布式协同作战体系总体架构设计与关键技术攻关提供重要参考。 展开更多
关键词 智能化 分布式系统 协同作战
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固定翼垂直起降无人机过渡机动优化控制分配研究 被引量:6
7
作者 刘真畅 唐胜景 +2 位作者 李梦婷 王肖 郭杰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期314-325,共12页
以一种固定翼垂直起降无人机为研究对象,研究其6自由度过渡机动非线性优化控制分配问题。基于增量动态逆(INDI)方法设计全局化控制器,并利用该方法降低控制模型中的不确定性对控制效果的影响。针对无人机控制冗余和耦合问题,在INDI基础... 以一种固定翼垂直起降无人机为研究对象,研究其6自由度过渡机动非线性优化控制分配问题。基于增量动态逆(INDI)方法设计全局化控制器,并利用该方法降低控制模型中的不确定性对控制效果的影响。针对无人机控制冗余和耦合问题,在INDI基础上提出一种2级递进式优化控制分配方法,对航迹和姿态控制回路中的控制变量增量进行综合优化分配。该优化控制分配方法可以将非线性耦合控制分配问题转化为线性优化问题求解,避免了迭代计算,同时提高了求解速率。针对优化分配中的目标函数设计动态权值选取方案,使无人机能够根据任务需求和飞行状态调整优化分配侧重方向并确保优化结果的合理性。仿真结果表明,该无人机能够很好地跟踪过渡机动航迹,控制分配方法可行。 展开更多
关键词 固定翼垂直起降无人机 过渡机动 优化控制分配 增量动态逆 直接力控制 动态加权伪逆法
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终端和过载约束下的双圆弧制导律 被引量:6
8
作者 王天宁 唐胜景 +1 位作者 郭杰 张尧 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期372-381,共10页
为满足导弹打击目标的落角、时间与过载约束,设计了一种双圆弧轨迹和相应制导律。在初始速度方向角和终端落角的约束下,利用双圆弧的相切关系推导了双圆弧轨迹的解析形式及其可行解集。根据双圆弧轨迹结果由切点决定的特征,推导得出使... 为满足导弹打击目标的落角、时间与过载约束,设计了一种双圆弧轨迹和相应制导律。在初始速度方向角和终端落角的约束下,利用双圆弧的相切关系推导了双圆弧轨迹的解析形式及其可行解集。根据双圆弧轨迹结果由切点决定的特征,推导得出使轨迹满足过载约束、终端约束或能量最优的切点选择方法。之后利用圆弧几何特性和弹目相对运动关系,设计了不依赖弹目距离信息的双圆弧制导律。数值仿真结果表明,双圆弧制导律能够满足复杂约束,且与最优制导律相比,可获得能量最优性相当的结果。 展开更多
关键词 落角约束 时间约束 过载约束 圆弧制导 能量最优
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基于DDPG算法的变体飞行器自主变形决策 被引量:7
9
作者 桑晨 郭杰 +2 位作者 唐胜景 王肖 王子瑶 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期910-919,共10页
针对变体飞行器的自主变形决策问题,提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的智能二维变形决策方法。以可同时变展长及后掠角的飞行器为研究对象,利用DATCOM计算气动数据,并通过分析获得变形量与气动特性之间关系;基于给定的展长... 针对变体飞行器的自主变形决策问题,提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的智能二维变形决策方法。以可同时变展长及后掠角的飞行器为研究对象,利用DATCOM计算气动数据,并通过分析获得变形量与气动特性之间关系;基于给定的展长和后掠角变形动力学方程,设计DDPG算法学习步骤;针对对称和不对称变形条件下的变形策略进行学习训练。仿真结果表明:所提算法可以快速收敛,变形误差保持在3%以内,训练好的神经网络提高了变体飞行器对不同飞行任务的适应性,可以在不同的飞行环境中获得最佳的飞行性能。 展开更多
关键词 变体飞行器 自主变形决策 深度强化学习 深度确定性策略梯度(DDPG)算法 动力学分析
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高超声速伸缩式变形飞行器再入轨迹快速优化 被引量:7
10
作者 岳彩红 唐胜景 +2 位作者 郭杰 王肖 张浩强 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2232-2243,共12页
针对高超声速变形飞行器再入轨迹优化问题,研究了一种基于改进高斯伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM)的快速优化方法。首先,针对一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器,建立了将展长变形量扩展成为控制变量的再入轨迹优化模型... 针对高超声速变形飞行器再入轨迹优化问题,研究了一种基于改进高斯伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM)的快速优化方法。首先,针对一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器,建立了将展长变形量扩展成为控制变量的再入轨迹优化模型。其次,采用GPM将轨迹优化问题转化为非线性规划(nonlinear programming,NLP)问题,并基于NLP偏导数的稀疏性推导目标函数梯度和约束Jacobian矩阵的高效计算方法。最后,优化求解了变形飞行器的最大横向航程、再入可达区、最大终端速度和最小飞行时间。仿真结果表明,推导的梯度计算方法可有效提高优化求解效率,变形飞行器相对于固定外形飞行器的性能更加优越,最大横向航程、可达区覆盖范围、最大终端速度和最小飞行时间等指标均有显著提升。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 变形飞行器 轨迹优化 GAUSS伪谱法 稀疏性
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高超声速伸缩式变形飞行器再入制导方法 被引量:3
11
作者 岳彩红 唐胜景 +1 位作者 王肖 郭杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1288-1298,共11页
针对高超声速变形飞行器再入制导问题,提出了一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器外形方案,建立了含有展长变形量的气动模型和动力学模型。将该变形飞行器的展长变形量扩展为控制变量,分析了倾侧角、展长变形量和终端航程、高度之... 针对高超声速变形飞行器再入制导问题,提出了一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器外形方案,建立了含有展长变形量的气动模型和动力学模型。将该变形飞行器的展长变形量扩展为控制变量,分析了倾侧角、展长变形量和终端航程、高度之间的关系。在此基础上,利用倾侧角和展长变形量在线预测剩余航程和终端高度,通过数值方法校正2个控制量以满足航程约束和高度约束,通过航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果表明:该变形飞行器再入制导方法制导精度高,相比于传统固定外形飞行器终端约束能力更强、轨迹更加平滑,且在扰动条件下具有一定鲁棒性。 展开更多
关键词 变形飞行器 高超声速飞行器 再入制导 预测校正 制导能力分析
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带有动态攻角剖面的时间约束再入制导 被引量:5
12
作者 王浩凝 唐胜景 +1 位作者 郭杰 黄繁 《空天防御》 2021年第1期71-76,共6页
针对高马赫数滑翔飞行器时间协同再入制导问题,提出了一种采用动态攻角剖面的可实现终端时间约束的再入制导方法。确定了由两个参数决定的攻角剖面和高度速度剖面,保证飞行器满足终端状态约束和过程约束。纵向在线预测剩余航程和时间,... 针对高马赫数滑翔飞行器时间协同再入制导问题,提出了一种采用动态攻角剖面的可实现终端时间约束的再入制导方法。确定了由两个参数决定的攻角剖面和高度速度剖面,保证飞行器满足终端状态约束和过程约束。纵向在线预测剩余航程和时间,迭代校正两个参数,结合侧向航向角走廊实现时间约束制导。该方法在标称条件下对不同任务的适应性得到了验证。仿真结果表明,该方法能够使飞行器满足再入时间约束和其他终端约束。 展开更多
关键词 高马赫数飞行器 再入制导 动态攻角剖面 时间约束
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Robust controller design for compound control missile with fixed bounded convergence time 被引量:4
13
作者 YUN Yuhang tang shengjing +1 位作者 GUO Jie SHANG Wei 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2018年第1期116-133,共18页
A robust controller for bank to turn(BTT) missiles with aerodynamic fins and reaction jet control system(RCS) is developed based on nonlinear control dynamic models comprising couplings and aerodynamic uncertainties. ... A robust controller for bank to turn(BTT) missiles with aerodynamic fins and reaction jet control system(RCS) is developed based on nonlinear control dynamic models comprising couplings and aerodynamic uncertainties. The fixed time convergence theory is incorporated with the sliding mode control technique to ensure that the system tracks the desired command within uniform bounded time under different initial conditions. Unlike previous terminal sliding mode approaches, the bound of settling time is independent of the initial state, which means performance metrics like convergence rate can be predicted beforehand. To reduce the burden of control design in terms of robustness, extended state observer(ESO) is introduced for uncertainty estimation with the output substituted into the controller as feedforward compensation. Cascade control structure is employed with the proposed control law and therein the compound control signal is obtained.Afterwards, control inputs for two kinds of actuators are allocated on the basis of their inherent characteristics. Finally, a number of simulations are carried out and demonstrate the effectiveness of the designed controller. 展开更多
关键词 reaction jet control compound control fixed bounded convergence time sliding mode control extended state observer(ESO)
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基于解析剖面的时间协同再入制导 被引量:21
14
作者 王肖 郭杰 +1 位作者 唐胜景 祁帅 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期234-245,共12页
针对高超声速滑翔飞行器再入段时间协同制导问题,提出一种基于高度-速度剖面的预测校正协同制导律。首先在高度-速度剖面内设计了参考轨迹,利用两个轨迹参数在线预测剩余飞行航程和时间;通过数值算法校正两个轨迹参数以满足航程和时间... 针对高超声速滑翔飞行器再入段时间协同制导问题,提出一种基于高度-速度剖面的预测校正协同制导律。首先在高度-速度剖面内设计了参考轨迹,利用两个轨迹参数在线预测剩余飞行航程和时间;通过数值算法校正两个轨迹参数以满足航程和时间约束并求取实际控制量,结合侧向航向角走廊实现了单飞行器的时间约束再入制导。在此基础上分析了飞行器的时间可调范围,针对多飞行器协同再入任务设计了协同飞行时间和协同策略,实现了时间协同再入飞行。该策略考虑到再入过程中的通讯困难,避免了弹间通讯,且充分利用了飞行器纵向动力学,时间可控范围较大,更加适用于实际的再入过程。仿真结果说明了时间约束再入制导律对时间的可控性和协同策略的有效性。 展开更多
关键词 高超声速滑翔飞行器 时间协同 再入制导 预测校正 高度-速度剖面
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带终端高度约束的再入预测校正制导 被引量:8
15
作者 王肖 唐胜景 +1 位作者 祁帅 郭杰 《战术导弹技术》 北大核心 2018年第4期70-77,共8页
针对高超声速飞行器再入制导问题,提出了一种基于倾侧角剖面并能严格约束终端高度的预测校正制导方法。首先分析了倾侧角剖面对终端航程、高度的影响,指出终端航程与高度可能存在的不匹配问题。针对传统算法仅能保证终端航程、能量约束... 针对高超声速飞行器再入制导问题,提出了一种基于倾侧角剖面并能严格约束终端高度的预测校正制导方法。首先分析了倾侧角剖面对终端航程、高度的影响,指出终端航程与高度可能存在的不匹配问题。针对传统算法仅能保证终端航程、能量约束的问题,设计了一种分段线性倾侧角剖面。通过合理地设计倾侧角剖面初始、终端值保证了高度约束,并以航程误差预测校正倾侧角剖面保证航程约束。侧向制导通过航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果验证了该算法对于解决终端航程与高度约束不匹配问题的有效性。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 再入制导 倾侧角剖面 高度约束
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基于hp伪谱凸优化的高超声速滑翔飞行器轨迹优化与制导 被引量:6
16
作者 唐胜景 王肖 郭杰 《战术导弹技术》 北大核心 2020年第5期66-75,共10页
针对高超声速滑翔飞行器再入轨迹在线优化与闭环最优制导问题,为兼顾优化效率与精度,提出了一种hp伪谱凸优化方法。首先,将倾侧角变化率扩展为控制量,采用hp flipped Radau伪谱法离散动力学方程。考虑端点约束、过程约束、禁飞区约束,... 针对高超声速滑翔飞行器再入轨迹在线优化与闭环最优制导问题,为兼顾优化效率与精度,提出了一种hp伪谱凸优化方法。首先,将倾侧角变化率扩展为控制量,采用hp flipped Radau伪谱法离散动力学方程。考虑端点约束、过程约束、禁飞区约束,采用连续线性化方法,将再入轨迹优化问题转化为一系列凸优化子问题,进而采用原始对偶内点法求解。迭代过程中设计了信赖域更新策略以改善算法的收敛性。然后,考虑在线轨迹优化与制导的实时性,提出了包括模型简化、串行优化、限制迭代、自适应更新等在内的在线轨迹优化与制导策略。仿真结果表明hp伪谱凸优化方法离散精度高、求解速度快,适于在线使用;闭环最优制导方法制导精度高、计算耗时较小。 展开更多
关键词 高超声速滑翔飞行器 再入制导 轨迹优化 伪谱法 凸优化
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多无人机容错协同控制研究现状与展望 被引量:1
17
作者 唐胜景 康振亮 +1 位作者 李梦婷 郭杰 《战术导弹技术》 北大核心 2022年第4期98-112,123,共16页
无人机集群系统的故障与环境干扰对多无人机协同控制带来诸多挑战,对多无人机容错协同控制的研究具有重要意义。基于分层递阶方法,提出了包含决策层、编队层、本地层的无人机容错协同控制研究框架。分别从故障诊断与容错控制方法两方面... 无人机集群系统的故障与环境干扰对多无人机协同控制带来诸多挑战,对多无人机容错协同控制的研究具有重要意义。基于分层递阶方法,提出了包含决策层、编队层、本地层的无人机容错协同控制研究框架。分别从故障诊断与容错控制方法两方面综述了本地层容错控制理论研究现状。梳理了包含单机故障、通信拓扑故障、外部因素干扰下的编队层容错控制方法。概述了无人机在对抗环境下任务分配的研究成果。基于现有研究成果对多无人机容错协同控制的难点进行归纳,并结合智能化健康管理、无人机编队重构、分布式网络安全等技术提出发展建议。 展开更多
关键词 容错协同控制 无人机编队 拓扑重构 任务分配 故障诊断 人工智能技术
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Autonomous gliding entry guidance with geographic constraints 被引量:8
18
作者 Guo Jie Wu Xuzhong tang shengjing 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期1343-1354,共12页
This paper presents a novel three-dimensional autonomous entry guidance for relatively high lift-to-drag ratio vehicles satisfying geographic constraints and other path constraints. The guidance is composed of onboard... This paper presents a novel three-dimensional autonomous entry guidance for relatively high lift-to-drag ratio vehicles satisfying geographic constraints and other path constraints. The guidance is composed of onboard trajectory planning and robust trajectory tracking. For trajectory planning, a longitudinal sub-planner is introduced to generate a feasible drag-versus-energy profile by using the interpolation between upper boundary and lower boundary of entry corridor to get the desired trajectory length. The associated magnitude of the bank angle can be specified by drag profile, while the sign of bank angle is determined by lateral sub-planner. Two-reverse mode is utilized to satisfy waypoint constraints and dynamic heading error corridor is utilized to satisfy no-fly zone constraints. The longitudinal and lateral sub-planners are iteratively employed until all of the path constraints are satisfied. For trajectory tracking, a novel tracking law based on the active disturbance rejection control is introduced. Finally, adaptability tests and Monte Carlo simulations of the entry guidance approach are performed. Results show that the proposed entry guidance approach can adapt to different entry missions and is able to make the vehicle reach the prescribed target point precisely in spite of geographic constraints. 展开更多
关键词 Active disturbance rejectioncontrol Drag-versus-energy profile Extended state observer Geographic constraints Guidance strategy Trajectory generation
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