基于动力学特性的变步长再入飞行器位置速度预测方法

摘要

基于动力学特性的变步长再入飞行器位置速度预测方法，步骤为：(1)利用导航系统，获取再入飞行器的初始位置速度；(2)判断当前再入飞行器的飞行高度H，如果H>H_th1，则转步骤(3)，如果H_th2<H≤H_th1，则转步骤(4)，如果H≤H_th2，则停止预测并结束；其中，H_th1和H_th2为高度阈值；(3)以t_B为计算步长，利用第一质心动力学方程，外推一步再入飞行器在空间的实时位置和速度后返回步骤(2)；(4)以t_S为计算步长，利用第二质心动力学方程，外推一步再入飞行器在空间的实时位置和速度后返回步骤(2)。本发明方法通过两套不同的动力学方程，分别进行外推预测，两套动力学方程步长采取不同值，在保证精度的同时提高了再入飞行器位置速度预测的速度。

主权项

基于动力学特性的变步长再入飞行器位置速度预测方法，其特征在于包括如下步骤：(1)利用卫星导航系统，获取再入飞行器的位置和速度作为初始位置速度，记为X(0)＝[x₀,y₀,z₀,v_x0,v_y0,v_z0,γ_V0]^T，其中(x₀,y₀,z₀)为再入飞行器在空间的初始位置，(v_x0,v_y0,v_z0)为再入飞行器在空间的初始速度，γ_V0为倾侧角；(2)判断当前再入飞行器的飞行高度H，如果H>H_th1，则转步骤(3)，如果H_th2<H≤H_th1，则转步骤(4)，如果H≤H_th2，则停止外推预测并结束；其中，H_th1为第一高度阈值，H_th1的取值范围为80～100Km，H_th2为第二高度阈值，H_th2的取值范围为10～20km；(3)以t_B为计算步长，利用第一质心动力学方程，外推一步再入飞行器在空间的实时位置和速度后返回步骤(2)；所述t_B的取值范围为1s到100s，所述的第一质心动力学方程为：G_k＝f(X_k)V_k+1＝V_k+G_kt_BX_k+1＝X_k+V_kt_B其中X＝{x,y,z}表示再入飞行器的预测位置，V＝{v_x,v_y,v_z}表示再入飞行器的预测速度，G＝{g_x,g_y,g_z}表示再入飞行器所处位置的重力加速度，f(X)为再入飞行器位置与重力加速度的函数关系，角标k和k+1分别表示外推一步前和外推一步后的值，k的初始值为0；(4)以t_S为计算步长，利用第二质心动力学方程，外推一步再入飞行器在空间的实时位置和速度后返回步骤(2)；所述t_S的取值范围为0.1s到2s，所述的第二质心动力学方程为：γ_k＝Γ(t_k)G_k＝f(X_k)F_k＝l(X_k,V_k,γ_k)V_k+1＝V_k+G_kt_S+F_kt_SX_k+1＝X_k+V_kt_S其中F表示再入飞行器所处位置的气动加速度，Γ(t_k)为再入飞行器倾侧角与时间的函数关系，l(X_k,V_k,γ_k)为再入飞行器位置、速度和倾侧角与再入飞行器所受气动加速度的函数关系，采用查表计算的方法，提前离线计算出再入飞行器在高度h，速度大小V和倾侧角γ下所受的气动加速度并装载在再入飞行器上，预测过程中首先根据位置X_k，速度V_k计算再入飞行器的高度h_k和速度大小||V_k||$h_k=\sqrt{x_k^2+y_k^2+z_k^2}-R_e$$\left|\right|V_k\left|\right|=\sqrt{v_x^2+v_y^2+v_z^2}$其中R_e为地球半径，根据h_k，||V_k||和γ_k可查表计算出{f_x,f_y,f_z}。