论文摘要
高超声速滑翔飞行器依靠大升阻比气动外形产生气动力在临近空间作远距离无动力滑翔飞行,并在接近目标上空时进行快速转弯俯冲以对目标进行打击,具有突防能力强、毁伤能力大的特点。本文以高超声速滑翔飞行器为研究对象,在充分考虑复杂多约束、运动耦合等条件下,重点研究了俯冲段飞行的制导方法:首先,考虑俯冲飞行过程受到的各类复杂约束,提出了一种基于Radau伪谱法和微分平坦理论的俯冲平面闭路制导方案。建立了高超声速滑翔飞行器俯冲飞行的运动模型及各类约束的数学模型;为降低俯冲过程中铰链力矩过大带来的不利影响,采用Radau伪谱法生成了满足过载、热流密度及终端约束且铰链力矩总体效应最小的俯冲弹道;基于微分平坦理论设计了反馈制导律以消除初始状态偏差的影响,实现优化弹道的鲁棒跟踪。仿真分析表明该方法能够较大限度降低铰链力矩的影响,且对初始偏差具有一定鲁棒性。其次,考虑俯冲飞行终端角度约束,研究了自适应比例导引和基于终端滑模的鲁棒最优导引两种三维制导律。在分析比例导引律的导引参数对制导性能影响的基础上,根据高超声速滑翔飞行器俯冲和转弯平面的运动特点,提出了导引参数自适应更新策略;为提高传统最优导引律在外界干扰、模型偏差等不确定因素下的制导性能,应用终端滑模控制理论设计了满足任务需求的鲁棒最优导引律,并通过双曲正切函数改善了滑模面切换引起的高频抖振现象。最后,考虑高超声速滑翔飞行器的运动耦合问题,研究了基于李群控制论的非线性制导方法。基于李群结构及刚体的简单运动原理建立了飞行器与目标间相对运动的几何矢量模型;利用广义比例-微分控制律和李群旋量得到了满足终端角度约束的飞行器俯冲段制导律,并通过仿真验证了方法的有效性。论文较系统地研究了高超声速滑翔飞行器俯冲段制导问题,探索了终端制导的新方法,对高超声速巡航飞行器、可重复使用运载器等终端制导系统设计具有一定参考价值。