运载火箭弹道制导小报告

运载火箭弹道制导小报告1.弹道1.1.含义：运载火箭从地面起飞到达某一飞行高度把航天器送入运行轨道，这段飞行轨迹称为发射弹道。弹道的任务是使运载火箭在入轨点满足给定的运动状态参数，把航天器送入预定的运行轨道。1.2.种类：1.2.1.弹道直接入轨：运载火箭各级发动机逐级连续工作，发动机工作结束后，完成航天器入轨。这种发射轨道适用于发射低轨道航天器。1.2.2.滑行入轨：发射弹道由主动段、自由飞行段和加速段组成，即有二个动力段和一个自由飞行段。这种发射弹道适用于发射中、高轨道的航天器。1.2.3.过渡入轨：发射弹道由主动段、停泊（驻留）轨道段、加速段、过渡轨道段和远地点加速段组成。这种发射轨道适用于发射地球静止卫星。1.3.弹道设计与优化：火箭弹道设计就是根据航天器的运行轨道要求，火箭各级的推力比冲条件，气象条件，地理位置条件等等因素设计出能使航天器到达入轨位置并满足速度角速度等条件的火箭运动轨迹。运载火箭的轨迹优化是指在特定的约束条件下，寻找飞行器从初始点到目标点满足某种性能指标最优的运动轨迹。而数学本质上，飞行器轨迹优化可以抽象为非线性，带有状态约束、控制约束和终端约束的最优控制问题。轨迹优化根据所求优化解形式的不同可分为过程优化和参数优化。过程优化所求优化解为变量历程，参数优化所求优化解为相互独立的设计参数。轨迹优化本质上是过程优化，可利用最优控制理论与方法求解；但实际工程应用中通常将轨迹优化转化为参数优化，利用非线性规划理论与方法求解。2.制导2.1.含义：导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。制导过程中，导引系统不断测定飞行器与目标或预定轨道的相对位置关系，发出制导信息传递给飞行器控制系统，以控制飞行。2.2.种类：2.2.1.惯性制导：利用惯性原理控制和导引导弹（或运载火箭）飞向目标的技术。惯性制导的原理是利用惯性测量装置测出导弹的运动参数,形成制导指令,通过控制发动机推力的方向、大小和作用时间，把导弹自动引导到目标区。惯性制导是以自主方式工作的，不与外界发生联系，所以抗干扰性强和隐蔽性好。由于陀螺漂移会随时间增长而变大，所以惯性制导在长时间导航中误差较大。惯性导航又分为：平台式惯性制导系统（测量装置装在惯性平台的台体上，平台则装在运动物体上），捷联式惯性制导系统（陀螺仪和加速度计直接装在运动物体上）。惯性导航经历了机械陀螺，气浮、液浮陀螺，静电陀螺，目前发展到激光和光纤陀螺。还出现了只使用加速度计的无陀螺惯性导航系统。2.2.2.星光导航：宇宙中的星系由于离地球距离太远，所以可以认定星系近似静止，在对几个重要的星系中的主要恒星进行观测之后，相当于建立一个宇宙笛卡尔坐标系，地球上不同的地方观测这些恒星的角度不一样，所以导弹飞行过程中不断依据恒星的位置校正自己的位置。星光导航也具有惯性导航抗干扰能力强的特点，利用星光信息测量平台坐标系相对于导航坐标系的姿态失准角可以对陀螺漂移产生的误差进行补偿修正。2.2.3.卫星导航（以GPS为例）：24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。2.2.4.复合式制导：组合制导是在充分利用惯性导航系统的稳定性、连续性和抗干扰等特点基础上，引进另一种类型的导航手段，对惯性导航系统的误差进行修正，从而获得更高精度的制导方案。组合制导是解决导航与制导精度的有效途径，在航空航天领域得到了广泛应用。