一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法，首先在一次再入下降段通過低通濾波器獲得大氣密度比例因子和升阻比比例因子的在線估計(jì)值，實(shí)施軌跡預(yù)報(bào)并修正落點(diǎn)偏差，同時(shí)建立大氣密度比例因子與高度的擬合函數(shù)關(guān)系；在一次再入上升段和二次再入段初期，通過建立的擬合函數(shù)獲得大氣密度比例因子，同時(shí)在線估計(jì)探月飛船的升阻比比例因子，實(shí)施軌跡預(yù)報(bào)并修正落點(diǎn)偏差；二次再入段后期，在線估計(jì)大氣密度比例因子和升阻比比例因子，實(shí)施軌跡預(yù)報(bào)并修正落點(diǎn)偏差。本發(fā)明提高了制導(dǎo)算法的魯棒性和精度；具有對(duì)真實(shí)大氣模型更好的適應(yīng)性。
【專利說明】一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制導(dǎo)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，可應(yīng)用于探月飛船跳躍式再入的制導(dǎo)，尤其涉及一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]探月飛船返回再入地球時(shí)，到達(dá)大氣層邊界的初始狀態(tài)與近地航天器返回有很大不同，最明顯的特征是探月飛船的再入速度更大，達(dá)到llkm/s，而近地航天器的再入速度一般約為7.8km/s。這一高速再入條件使得再入軌跡對(duì)大氣和氣動(dòng)參數(shù)誤差更加敏感，再入過程中的動(dòng)力學(xué)耦合更加嚴(yán)重，飛船受到的動(dòng)壓、熱流以及過載變化更加劇烈，這都要求再入制導(dǎo)算法具有更強(qiáng)的魯棒性。研究表明:采用跳躍式再入方式能夠降低再入過程中的過載與熱流峰值，減小飛船結(jié)構(gòu)與防熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力；同時(shí)，可以增加再入航程，提高著陸場(chǎng)選擇的靈活性。因此，探月飛船再入時(shí)一般選擇跳躍式再入方式，如美國的“阿波羅”飛船、成員探測(cè)飛行器(CEV)等。
[0003]根據(jù)跳躍式再入過程中高度的變化，可以將整個(gè)再入過程分為三段:一次再入段、大氣層外開普勒段和二次再入段(附圖2)。在大氣層外的開普勒段，飛船無法借助氣動(dòng)力控制航程，二次再入段的航程控制能力也十分有限，因此再入的精度控制關(guān)鍵在于一次再入段，也就是說保證一次再入段的末端精度是制導(dǎo)算法的核心。探月飛船穿越地球大氣時(shí)受到諸多誤差因素的影響，包括初始狀態(tài)誤差、大氣密度誤差、氣動(dòng)參數(shù)誤差、質(zhì)量誤差、導(dǎo)航誤差、執(zhí)行誤差等，其中氣動(dòng)參數(shù)和大氣密度兩項(xiàng)誤差是主要影響因素。因此，制導(dǎo)過程中需要嚴(yán)格抑制這兩類誤差的擴(kuò)散，并通過相關(guān)算法在制導(dǎo)律中予以補(bǔ)償。本發(fā)明考慮采用數(shù)值預(yù)測(cè)-校正制導(dǎo)方法來導(dǎo)引探月飛船順利返回地面。
[0004]盡管數(shù)值預(yù)測(cè)-校正制導(dǎo)算法具有較強(qiáng)的魯棒性，但當(dāng)誤差超過一定范圍時(shí)同樣很難達(dá)到期望的精度，氣動(dòng)參數(shù)和大氣密度誤差較大時(shí)尤為明顯。因此，采用誤差辨識(shí)算法辨識(shí)實(shí)際誤差，并將辨識(shí)結(jié)果反饋到制導(dǎo)算法中十分必要。研究表明，氣動(dòng)參數(shù)的誤差取決于地面風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，再入過程中該項(xiàng)誤差變化幅度不大，尤其是在高馬赫數(shù)下可近似為常值偏差。大氣密度誤差則隨太陽活動(dòng)、季節(jié)、緯度、晝夜等參數(shù)變化，通過不同觀測(cè)手段和理論分析獲得的經(jīng)驗(yàn)大氣密度模型在應(yīng)用時(shí)的效果并不理想。一般情況下，大氣密度誤差可以看作高度H的函數(shù)，即Kp=f (H)，Kp為實(shí)際大氣密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣密度之比。因此，在不額外增加傳感器的前提下，利用現(xiàn)有的船載測(cè)量設(shè)備來辨識(shí)氣動(dòng)參數(shù)和大氣密度偏差，并反饋到制導(dǎo)算法中，從而增加算法的魯棒性和精度具有重要的工程意義。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法，克服探月飛船氣動(dòng)系數(shù)和大氣密度偏差的干擾，提高數(shù)值預(yù)測(cè)-校正再入制導(dǎo)方法的魯棒性和精度，更好地適應(yīng)真實(shí)大氣模型，從而更好地指導(dǎo)探月飛船飛行。[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法，該方法為:
[0007]1)當(dāng)探月飛船高度下降到Hmax時(shí)，開始再入制導(dǎo)，設(shè)定大氣密度比例因子的初始估
計(jì)值
【權(quán)利要求】
1.一種探月飛船跳躍式再入的在線參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，該方法為: 1)當(dāng)探月飛船高度下降到Hmax時(shí)，開始再入制導(dǎo)，設(shè)定大氣密度比例因子的初始估計(jì)值
【文檔編號(hào)】B64G1/24GK103708045SQ201410019093
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】張洪波, 羅宗富, 曾亮, 湯國建 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)