更新时间:2023-11-27 22:37
迭代制导是用迭代的方法选择制导规律控制导弹和运载火箭关机时间的制导。
以标准弹道关机点的坐标和速度矢量作为关机条件,用迭代的方法选择制导规律,控制导弹和运载火箭关机时间的制导。显式制导的一种,又称迭代法、辗转法。
实施迭代制导时,当实际位置矢量和速度矢量与标准弹道的关机点位置矢量和速度矢量一致时关机,不需要对曲率和再入段空气动力的影响进行修正。
迭代制导基于火箭自适应制导的基本原理,直接对导弹和运载火箭的飞行路线实施最优控制。对于确定的飞行弹道的最优飞行程序,是瞬时飞行状态和瞬时视加速度的复杂函数。为简化计算过程,通常利用简化形式下最优控制求解的必要条件,对导弹和运载火箭的关机时间进行迭代,得到关机的解析制导方程。关机方程的作用是控制运载火箭与导弹的射程,射程是关机点坐标矢量和速度矢量的函数,如果实际弹道与标准弹道的关机点坐标矢量和速度矢量相等,则射程不会出现偏差。因此,迭代制导的数学模型是一个典型的两点边值的解算方法,可以用极大值原理求解,也可以用工程迭代法求得最优控制规律。
迭代制导方法在每个制导周期都是以导航系统提供的导弹和运载火箭质心瞬时状态为起始条件,预估出一条满足终端条件的优化轨道,并求出其控制规律及关机时间,对导弹和运载火箭的推力矢量及关机时间进行控制。迭代制导的整个控制工作及其程序由两部分组成:一是剩余飞行时间的估计和迭代计算;二是控制姿态角的计算。
迭代制导具有较高的制导精度(精度比摄动制导要高),自适应能力较强,较好地解决了远程导弹和运载火箭低推力、长时间飞行的制导问题,并且计算公式简单,计算量少,可自动起步,易于弹上实现。对于不可多次启动的远程导弹和运载火箭常推力发动机,迭代制导能以最优方式解决数个终端条件的制导问题。虽然制导方程的形式比较复杂,对弹上和箭上计算机的计算速度要求也较高,但从输入条件看,迭代制导对诸元计算的要求比较简单,对不同型号和不同发射任务,只需要调整相应的输入条件,飞行软件不需要进行更改设计,简化了发射系统的设计和测试工作,具有较好的适应性。因此,多任务的运载火箭比任务相对单一的远程导弹,采用迭代制导尤为适合。
20世纪50年代末期以前,受计算机技术水平的限制,远程导弹和运载火箭普遍采用的制导方法,是要求导弹与火箭的实际飞行弹道在预定理论弹道附近的摄动制导,要求在发射前利用大量时间进行运算,以确定摄动制导方程中的系数,并且每一次发射时都要重新计算,工作量很大。由于摄动制导是在小扰动假设下进行的,所以出现大的扰动时,制导精度会变得很低。自60年代初开始,随着最优化理论和航天技术的发展,为适应多种任务、多种型号远程导弹和运载火箭的需求,以及适应大扰动情况下的制导需要,特别是应付诸如发动机突发事故等问题,进行了大量的自适应制导的研究。最初的自适应制导采用了多项式制导方法,如采用最小二乘法求出多项式的系数。飞行实验证明,该方法的精度与适应性相当好,特别是当发动机出现意外时,具有良好的适应性。但该方法同样存在地面准备工作量较大的问题。迭代制导是路线自适应制导方法中应用最多的一种。它仍采用多项式制导的方法,利用简化形式下的最优控制解的必要条件,来进行自适应制导。制导系统根据远程导弹和运载火箭的瞬时状态、瞬时视加速度和输入给制导模型的最终状态(由发射任务的特殊情况来定),实时进行制导计算。迭代制导不需要进行大量地面准备计算,且对确定的终端目标而言,每一时刻都是接近最优的,特别是对于大的扰动,导弹和运载火箭的适应性能更好。世界上有多个型号的运载火箭,如美国的“土星”运载火箭、欧洲航天局的“阿里安”运载火箭,均采用了迭代制导,并取得良好效果。