考虑扰动引力影响的弹道助推段误差传播解析计算方法

针对地球扰动引力对弹道导弹惯性导航精度影响日益突出这一问题,研究了沿弹道扰动引力的多项式拟合方法,并基于线性系统理论和弹道摄动思想推导了用于求解扰动引力对弹道助推段状态影响的完整解析表达式。同时考虑扰动引力影响与导弹视加速度之间的耦合特性,将扰动引力引起的视加速度偏差视为扰动引力影响的附加补偿项,并进行迭代修正。仿真结果表明:扰动引力拟合残差小于3×10~(-7)m/s~2,考虑耦合项修正的弹道误差传播解析模型计算残差减小为原有方法的1/3,计算时间仅为直接采用弹道积分求差法的1/10。     

改进的Barrar型中间轨道——远程弹道飞行器自由飞行段的解析解

本文提出了一种改进了的Barrar型中间轨道,得到了远程弹道飞行器自由飞行段的解析解。利用不同的C值,经过不同的组合,可以求得Kepler椭圆轨道解,以及考虑J_2或J_3项摄动的不同解。此方法宜于推广使用。几十条模拟弹道的计算结果表明:此方法的计算量较小;考虑J_2项摄动的方法误差(射程和横程)约为10m,考虑J_3项摄动时约为10mm。     

关于近圆轨道的交会问题

为了评价终段交会机动的各种不同方法,需要知道一个飞行器相对于另一个飞行器的自由飞行运动。当一种参考坐标系选在目标飞行器上时,这时要解的运动方程为一组系数为时间的显函数的变系数非线性微分方程组。本文给出了用扰动法解方程组得到的近似解析解。对于目标轨道偏心率较小和相对距离较大的情况下,这种解比过去找到的解更具有一般性。因此它广泛地用于研究近地轨道的问题。数值例举用来评价其解的精确度。结果表明,在一定的相对距离内现有的包含非线性的解必须代替以前基于线性理论的解。本文的解含有某些非线性效应。本文也给出了在预定时间内达到交会所必需的速度分量的近似解析解。     

高精度空间非合作式相对轨道状态预报

为了解决接近空间非合作目标过程中的相对导航问题,提出一种基于相对轨道动力学方程和二阶龙格库塔积分公式的高精度空间非合作目标相对轨道预报模型。考虑地球J2摄动加速度,将目标轨道方程在参考轨道附近展开,保留至引力加速度差的二阶展开项,并进一步推导考虑J2摄动的参考轨道角速度和角加速度,建立相对轨道动力学微分方程;在给定相对轨道初值的情况下,采用二阶龙格库塔积分公式进行相对轨道预报。该模型采用数值积分方法,对相对轨道动力学模型形式没有限制,通用性好,适用范围广;选择低阶龙格库塔公式积分预报,既减少了计算量又保证了计算精度。设置高轨和低轨两种相对运动仿真场景,仿真结果表明了模型的通用性和精确性。     

垂线偏差对弹道落点精度的影响分析

针对垂线偏差对弹道落点精度的影响,结合弹道飞行器质点动力学模型,系统分析了垂线偏差对发射坐标系、初始参数、飞行过程中受力、程序角控制基准、地心坐标系弹道参数等的影响机理,并建立了相应的数学模型。进一步,基于给定的弹道落点偏差计算方法,以某飞行弹道为例,定量给出了不同发射点大地纬度、不同发射方位角下垂线偏差引起的落点偏差。本文研究工作对提高弹道飞行器落点精度具有重要参考意义。     

弹道导弹弹头再入参数的解析解研究

针对弹头再入运动的特点,建立了旋转圆球地球模型下弹道导弹弹头再入运动的简化方程,通过将大气密度、地球引力和弹道倾角分层计算,同时结合气动阻力系数的两种解析计算模型,推导出了计算弹头再入参数的解析解。仿真计算结果表明,解析解非常接近数值解,能够较真实的反映弹头再入运动的客观情况。     

平衡滑翔高超声速飞行器弹道预测方法

针对高超声速飞行器的弹道预测问题,提出了在平衡滑翔条件下的弹道预测方法。分析了高超声速飞行器平衡滑翔时运动参数之间的关系,并求解出带有未知参量的弹道解析式,在此基础上,结合量测数据计算出高超声速飞行器的未知参量,获得了只有时间参量的弹道解析式,即实现了弹道预测。将高超声速飞行器运动微分方程组的数值积分解作为真实数据,通过仿真实验计算了弹道预测的均方根误差,验证了弹道预测的有效性。     

超低轨道卫星摄动特性分析及轨道维持方法

针对超低轨道卫星长时间在轨飞行的轨道维持问题,分析了超低轨道平均偏心率矢量变化特性,提出了一种超低轨道维持的控制方法。分析了J2、J3摄动以及大气阻力摄动作用下超低轨道卫星偏心率矢量的变化特性;基于能量守恒原理设计了超低轨道高度维持的控制策略;通过仿真算例验证了控制策略的有效性。结果表明:在地球非球形引力摄动、大气阻力摄动和速度脉冲作用下超低轨道平均偏心率的变化是稳定的,所设计的轨道维持方法不仅能够实现超低轨道高度维持,确保平均偏心率矢量收敛至平衡位置,且用于轨道维持的燃料消耗合理,能够满足长时间的超低轨道飞行要求。     

基于扰动大气模型的动力推进高超声速飞行器弹道特性分析

在半速度坐标系建立动力推进高超声速飞行器质心动力学方程,并进行了弹道仿真,分析了初始点参数和飞行设计参数对标准弹道影响,完成了标准大气和扰动大气模型中飞行器跳跃弹道高度、过载、热流特性的对比分析.将地球扰动大气模型应用于飞行器跳跃弹道分析,讨论了不同大气模型对动力推进高超声速飞行器跳跃弹道影响.仿真结果表明,大气参数变化对高超声速飞行器跳跃弹道最低点、最大过载、最大驻点热流和总吸热量等参数影响明显, 该结论对飞行器总体、结构、动力、热防护、导航、制导与控制系统前期设计工作有一定参考价值.     

舰炮发射增程弹道修正弹测量弹道坐标转换

为了对增程弹道修正弹进行偏差计算、形成修正指令,需要对测量的一段弹道参数进行辨识,目前的辨识算法都是基于相对地球静止射面坐标系的,但是,舰炮发射修正弹以后舰艇继续机动,跟踪雷达随之运动和摇摆。针对舰艇作战环境的特点,建立了舰炮发射增程弹道修正弹测量弹道坐标到射面坐标系的转换模型,并采用基于弹道方程的滤波方法对转换后的坐标数据进行了仿真。建立的模型可以为舰炮发射修正弹的火控软件研制提供参考。     

基于运动合成的小推力轨道优化方法

针对小推力轨道优化设计问题,提出一种基于运动合成的新方法。给出基于运动合成的小推力轨道机动表达方式,将小推力轨道运动分解成相对独立的三项:单独考虑日心引力的二体轨道运动,单独考虑小推力的运动,以及小推力的存在引起的日心引力摄动作用下的运动。分别给出各项运动的解析表达式,通过合成叠加得到小推力轨道的近似解析解。在此基础上,将小推力轨道优化问题转化成非线性规划问题,并利用序列二次规划方法求解。以小行星1989ML、火星和金星交会任务为例分别进行仿真实验,结果表明,所设计轨道满足任务约束,验证了该方法具有可用性和高效性。     

引力异常对惯性制导的影响

本文讨论引力异常对惯性制导洲际导弹命中精度的影响。本文导出了惯性制导工程中广泛应用的摄动方程转移矩阵的解析解。忽略数学模型的细节所招致的最大误差小于0.1%。在此基础上得到引力异常造成落点偏差的近似解。这些解以简单函数的形式表达了命中精度、引力异常、导弹飞行时间和发射条件之间的关系。利用这些关系式,可以计算任意发射条件下的落点偏差而无需解微分方程组。对于18个不同发射条件的计算结果表明,近似解与直接积分摄动方程所得的计算机解非常一致。在所有的情况下,近似解的最大误差均小于2～3米。     

垂线偏差对弹道导弹命中精度的影响

本文讨论垂线偏差对弹道导弹命中精度的影响。首先,通过导弹主动段飞行中垂线偏差影响的分析,获得关机点条件的摄动。然后,通过对脱靶系数的分析,得出结论:必须用考虑地球旋转的关机点参数来计算脱靶系数。文章导出利用不考虑地球旋转的关机点参数求取考虑地球旋转关机点参数的解析表达式。利用这个解析结果,可以计算在任意发射条件下的关机点参数,而无需去积分微分方程组,用这些关机点参数即可计算脱靶系数。就本文提供的方法与直接积分弹道方程的计算结果而言,脱靶量的相对误差小于2%,绝对误差约为30米。最后,本文给出全程制导下计算垂线偏差的脱靶量的表达式,并对惯性制导修正脱靶量的方法进行了讨论。     

基于组合机动的共面绕飞卫星队形保持研究

共面绕飞卫星的相对运动轨迹是一个椭圆,由于卫星受摄动力影响,其编队构形会发生变化.提出一种基于组合机动的队形保持策略,即在Hill轨道坐标系中,通过测量绕飞卫星相对位置,利用切向脉冲推力与径向连续常推力进行组合控制,消除相对运动椭圆中心的相位漂移.考虑地球扁率J2项摄动的影响,在队形保持中引入J2相对摄动加速度以提高控制精度.仿真结果表明,该控制方法能对共面卫星编队的空间构形进行有效保持.     

地球扰动引力对弹道导弹命中精度影响的等效补偿理论

为消除地球扰动引力的影响、提高弹道导弹的命中精度,根据地球扰动引力对弹道导弹运动影响的特性与控制系统理论,建立不直接补偿地球扰动引力对导弹运动参数的影响却能满足命中精度要求的等效补偿理论。根据不同补偿方式与补偿量的特点,提出嵌入式、分步式、分段式等补偿模式,为补偿地球扰动引力对导弹运动的影响提供了一个通用框架和理论基础。     

助推滑翔飞行器复合控制系统线性化小偏差运动方程推导与控制系统设计

助推滑翔技术是制导武器实现增加射程、提高机动突防能力的关键技术之一,对飞行器姿态控制有较高的要求,需要设计复合控制方式的姿态控制系统.针对采用空气舵与燃气舵联动控制的飞行器,建立了动力学模型,详细推导了完整的三通道线性化小偏差运动方程,结合典型弹道数据给出了动力系数图像,分析了助推滑翔弹道各飞行段中飞行器的稳定性,在此基础上选取再入段低空飞行特征点进行了姿控系统设计,仿真结果验证了线性化小偏差运动方程的正确性和控制系统的有效性,为进行此类飞行器的稳定性分析与姿态控制系统设计提供了有益的参考.     

球谐函数法解地球扰动引力并行计算方法

随着导弹射程的增加,传统求解地球扰动引力的球谐函数法模型阶数增大,扰动引力的计算速度明显下降。为提高弹道导弹扰动引力的赋值速度,在现有条件下结合球谐函数法计算模型的特点,在并行计算平台上,应用流水线技术和任务交叉分配的方法,建立了球谐函数法的并行计算模型。通过仿真验证,该方法能有效地提高地球扰动引力的计算速度,得到较高的并行加速比和CPU利用率。     

地球外部空间扰动引力并行计算

针对传统的司托克斯积分方法计算量大、模型复杂的缺点,通过将地球球面以适当的经纬度差进行划分及合理简化,实现了司托克斯积分法计算外部空间扰动引力的积分方程的离散化,建立了地球扰动引力的快速计算模型,并在快速计算模型的基础上采用并行计算技术,实现扰动引力的实时计算。仿真结果表明,提出的快速并行计算模型能较好地实现地球扰动引力的快速、高精度计算。     

地球模型偏差对远程弹箭弹道仿真的影响及修正

针对地球模型精确度影响远程弹箭弹道仿真的问题,分析了地球模型偏差对弹道仿真精度的影响并加以修正。采用总的地球椭球系,在已有弹道模型的基础上,分析了垂线偏差的产生机理及其对定向定位参数的影响,并由此得出弹道几何偏移随定向偏差的变化规律,研究了引力加速度初值偏差对弹道的误差累积,并对由水准面不平行性造成的实际落点高差进行了理论推导。对比仿真算例表明,考虑地球模型偏差影响的仿真结果与不考虑的情况下差别较明显,在远程条件下对弹道仿真精度的影响不容忽视。     

高超声速滑翔飞行器滑翔段初始状态的唯一性和最优性分析

临近空间高超声速滑翔飞行器的弹道特性主要受滑翔段初始状态和飞行器控制律影响。在飞行器控制律确定的情况下,研究了滑翔段初始状态对高超声速滑翔飞行器弹道特性的影响规律。按照滑翔弹道的不同形式,在纵向平衡滑翔条件下,通过理论推导得出飞行器状态变量的解析式,结合平衡滑翔条件分析平衡滑翔弹道滑翔段初始状态的唯一性；在纵向跳跃滑翔条件下,构建弹道性能评价指标,利用群智能算法,寻找弹道性能最优时的滑翔段初始状态。利用单因素敏感性分析方法,分别对两种滑翔弹道的滑翔段初始状态进行敏感性分析,初始状态中初始速度对弹道特性的影响最大。对高超声速滑翔飞行器初始状态唯一性与最优性的分析,可为高超声速滑翔飞行器的弹道设计、弹道跟踪、轨迹预测和轨迹优化提供借鉴。