申请/专利权人：中国人民解放军63610部队

申请日：2023-11-03

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117874904A

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.30#实质审查的生效;2024.04.12#公开

摘要：本发明提供了一种高超声速滑翔飞行器可达范围及最优能量航迹预报方法，包括：对历史测量数据提取飞行器机动特征并建立型号机动特征数据库；对滑翔段建立简化动力学模型，利用数据库和实时测量的状态向量求解加速度矢量并积分，以生成飞行器航迹；设计转弯曲率序列和转弯角度阈值序列，得到多条飞行航迹，并连接各航迹终点，获得飞行器可达范围；根据重点保护目标在可达范围内的分布情况，对每个重点目标生成能量最优飞行航迹。该方法通过分析非合作飞行器外测数据建立飞行器简化动力学模型，发掘历史实测数据建立型号机动特征数据库，可根据飞行器型号完成精确的可达范围预报，并根据可达范围内重点保护目标的分布情况，对目标生成能量最优航迹。

主权项：1.一种高超声速滑翔飞行器可达范围及最优能量航迹预报方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，对历史测量数据提取高超声速滑翔飞行器机动特征，并建立型号机动特征数据库，包括以下子步骤：步骤1.1，对高超声速滑翔飞行器的单条航迹进行机动特征提取，机动特征包括质阻比gMD、升阻比gLD、法向过载gL，包括：步骤1.1.1，计算法向过载gL：式中，g0为标准海平面重力加速度，aAL为升力加速度矢量；步骤1.1.2，计算升阻比gLD：式中，aAD为阻力加速度；步骤1.1.3，计算质阻比gMD：式中，ρr为飞行器所在位置的大气密度，va为飞行器空速矢量；步骤1.1.4，计算飞行器与重点保护目标的距离dHT： 式中，rF为飞行器地心固定系位置矢量，rF,Target为飞行器打击目标区域地心固定系位置质量；步骤1.2，建立型号机动特征数据库，包括：步骤1.2.1，建立特征参数序列，包括：质阻比极大值序列CMDmax,Ma＝[cMDmax,m1,…,cMDmax,mn]、质阻比极小值序列CMDmin,Ma＝[cMDmin,m1,…,cMDmin,mn]、升阻比极大值序列CLDmax,Ma＝[cLDmax,m1,…,cLDmax,mn]、升阻比极小值序列CLDmin,Ma＝[cLDmin,m1,…,cLDmin,mn]、法向过载极大值序列GLmax,Ma＝[gLmax,m1,…,gLmax,mn]、法向过载极小值序列GLmin,Ma＝[gLmin,m1,…,gLmin,mn]、以及飞行末段平均飞行高度序列Hmean,D＝[hmean,d1,…,hmean,dn]，其中，Ma＝{m1,…,mn}为马赫数序列，D＝{d1,…,dn}为剩余航程序列；步骤1.2.2，利用线性插值法求解马赫数m对应的质阻比极大值cMDmax,m、质阻比极小值cMDmin,m、升阻比极大值cLDmax,m、升阻比极小值cLDmin,m、法向过载极大值gLmax,m、法向过载极小值gLmin,m、以及剩余航程dHT对应的平均飞行高度步骤2，对飞行器的滑翔段建立简化动力学模型，利用所建立的型号机动特征数据库和实时测量的状态向量求解加速度矢量并积分，以生成飞行器航迹，包括以下子步骤：步骤2.1：求解飞行器速度与水平方向的夹角θa： 式中，ur为飞行器所在位置竖直向上的方向向量；步骤2.2，建立简化动力学模型并求解加速度矢量，包括以下步骤：步骤2.2.1，飞行器运动状态判断，包括：步骤2.2.1.1，计算当前速度矢量与外推初始时速度矢量的夹角δ；步骤2.2.1.2，计算飞行器在水平方向以曲率C飞行所需向心加速度大小Lj；步骤2.2.1.3，判断飞行器运动状态，当θI＜θST时，判定飞行器处于航迹下压段，即将进行拉起操作，当θST＜θI≤0时，判定飞行器处于平衡滑翔状态，当θI＞0时，判定飞行器处于进入平衡滑翔状态前的弹道式飞行状态，其中，θST为平衡滑翔状态下飞行器惯性系速度与水平方向夹角阈值，θI为飞行器当前时刻惯性系速度与水平方向夹角；步骤2.2.2，拉起状态升力加速度Lk计算：Lk＝aGKJ+gLmax,m·g0，式中，aGKJ为重力加速度在飞行器升力矢量所在平面上的分量大小，aGKJ＝||aG||cosθa，aG为重力加速度，gLmax,m是当前马赫数下飞行器最大过载；步骤2.2.3：平衡滑翔状态升力加速度Lk计算；步骤2.2.4，弹道式飞行升力加速度Lk计算；步骤2.2.5，升力加速度合成修正为合升力加速度L，包括：步骤2.2.5.1，计算飞行器当前状态下能获得的当前马赫数m下最大升力加速度大小aALmax,m： aALmax,m＝cLDmax,m·aADmax,m，式中，cMDmin,m为当前马赫数下最小质阻比，cLDmax,m为当前马赫数下最大升阻比；步骤2.2.5.2，若Lk＞aALmax,m，则令：Lk＝aALmax,m，Lj＝0，若Lk≤aALmax,m，则计算能用于水平机动的最大升力加速度Ljmax： 步骤2.2.5.3，判断当前升力加速度Lj，如果|Lj|＞Ljmax，则令Lj＝DjLjmax，否则Lj不改变；步骤2.2.5.4，计算弹体垂直于空速方向的合力Lki： 步骤2.2.5.5，在Lki＞gLmax,m时，重新计算Lj： 步骤2.2.5.6，计算合升力加速度L：步骤2.2.6，在当前预报模式为飞行航迹预报时，进行飞行高度控制，包括：步骤2.2.6.1，计算飞行器与重点保护目标的距离dHT并求解对应的平均飞行高度步骤2.2.6.2，计算竖直方向升力加速度控制系数cka： hint,i＝hint,i-1+dh，cka＝cA·dh+cB·dh-dhtemp+cc·hint,i+1，式中，dhtemp为飞行器期望高程均值与历史高程的偏差，dh为飞行器期望高程均值与当前高程的偏差，hi为飞行器当前高程，hi-1为上一次迭代计算时飞行器高程，hint,i为高程控制积分修正量，cA、cB、cc为调节系数；步骤2.2.6.3，计算竖直方向升力加速度控制系数cka的取值极限ckamax： 其中，为飞行器滚动角，如cka＞ckamax，则令cka＝ckamax，如cka＜-ckamax，则令cka＝-ckamax；步骤2.2.7，在当前预报模式为可达范围预报时，进行阻力加速度计算，包括：步骤2.2.7.1，计算升力加速度LZ：cka＝1，步骤2.2.7.2，计算当前马赫数下最小阻力加速度aADmin,m及升力加速度aADmin,m： aALmin,m＝cLDmin,m·aADmin,m，式中，cMDmax,m为当前马赫数下最大质阻比，cLDmin,m为当前马赫数下最小升阻比；步骤2.2.7.3，计算阻力加速度Z： 步骤2.2.8，加速度矢量合成及积分，包括：步骤2.2.8.1，计算飞行器阻力加速度矢量aAD、升力加速度矢量aAL： 式中，uKa为垂直于空速矢量且与重力加速度矢量、空速矢量共面的方向向量，uJa为垂直于空速矢量、重力加速度矢量的方向向量；步骤2.2.8.2，对积分并生成飞行器航迹，在满足迭代终止条件时终止迭代：式中，vI为速度矢量；步骤3，设计飞行器转弯曲率序列和飞行器转弯角度阈值序列并带入步骤2，得到多条飞行航迹，并依次连接各航迹终点，从而获得飞行器可达范围，包括以下子步骤：步骤3.1，设计飞行器转弯曲率序列C： 式中，dcr,j为中间变量，cr2为最大转弯半径，cr1为最小转弯半径；步骤3.2，设计飞行器转弯角度阈值序列δthreshold：δthreshold＝[δ1,…,δn＝2m+3],m∈N+，步骤3.3，将转弯曲率与转弯角度阈值对应组合Ki＝[ci,δi]依次带入步骤2，以某一时刻状态向量sI,t作为外推初始点对每条弹道进行积分计算，在满足迭代终止条件时终止迭代，直至计算完成全部弹道，从而生成n条航迹，依次连接相邻航迹的终点，获得飞行器可达范围；步骤4，根据重点保护目标在所获得的飞行器可达范围内的分布情况，通过步骤2对每个重点保护目标生成能量最优飞行航迹，包括以下子步骤：步骤4.1，初始化迭代条件，包括：步骤4.1.1，对外推初值参数进行编号：K1,0＝Ki，K3,0＝Ki+1，l1,0＝li,t，l3,0＝li+1,t，式中，st为t时刻的初始状态向量；li,t为以Ki、st作为外推初值计算出的飞行航迹记；步骤4.1.2，对K2,0初始化赋值：步骤4.1.3，以K2,0、st作为初值，以剩余航程开始增大作为外推终止条件，带入步骤2求解飞行航迹l2,0；步骤4.2，迭代求解，包括：步骤4.2.1，更新外推参数：K1,j+1＝K1,j，K3,j+1＝K2,j，l1,j+1＝l1,j，l3,j+1＝l2,j；步骤4.2.2，对K2,j+1进行赋值：步骤4.2.3，以K2,j+1、st作为初值，以剩余航程开始增大作为外推终止条件，带入步骤2求解飞行航迹l2,j+1；步骤4.2.4，重复步骤4.2.1至步骤4.2.3，直至重点保护目标与航迹l2,j+1的地面投影最小距离不再缩小或最小距离小于设定阈值，则终止迭代，当前航迹l2,j+1为飞行器从st至重点保护目标的预报飞行航迹。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国人民解放军63610部队 高超声速滑翔飞行器可达范围及最优能量航迹预报方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD