可重复使用运载器再入制导研究

【摘要】：未来的可重复使用运载器将追求更高的性能对制导和控制系统提出了更高的要求。尽管标准轨道法已成功应用多年,但该方法需要在执行飞行任务前花费大量的时间初始化参考飞行轨迹。对于未来的可重复使用运载器来说,该方法缺少在不确定任务下对各种复杂飞行任务的自治能力和鲁棒性。 制导方法大概可以分为两大类:基于参考弹道的标准轨道法和预测制导法。第一种方法是根据飞行任务预先定义一条参考弹道,在飞行中把实际值和理论值的偏差信号作为控制器的输入,控制飞行器按照参考弹道飞行。预测制导法是根据当前的飞行状态由机载计算机实时(优化)求解剩余飞行段的控制量。随着机载计算机计算速度的不断提高,预测制导显示出广阔的应用前景。 本文对可重复使用运载器的再入制导方法进行了综合研究。主要内容有: 1) 再入制导的基本理论。建立了再入运动模型,并对再入约束条件、控制量的选取及其求解方法进行了详细的论述。 2) 标准轨道法。给出了再入走廊的计算方法,阐述了参考阻力加速度-速度剖面的规划和跟踪问题。 3) 衍化的加速度制导法。在标准轨道法的理论基础上,研究了如何把规划参考阻力加速度剖面的问题转化为一维参数优化问题。 4) 预测-校正再入制导法。在考虑热流、动压等约束条件下,设计了预测-校正再入制导方法;应用参数优化理论研究了设计控制量参考剖面及对参考控制量进行校正的方法。