【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于运载火箭弹道，具体涉及一种基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法。
技术介绍
1、运载火箭主动段是指在火箭未与其有效载荷分离前，火箭发动机主动工作的飞行弧段。运载火箭通过主动段的机动飞行，会赋予有效载荷期望初速度、初位置，或者将有效载荷送入预定轨道。现有运载火箭主动段飞行弹道设计方法，主要以使用控制方程、动力学方程积分求解为主，需要已知火箭各级发动机的工作状态、气动参数、各级结构质量、发动机比冲、燃料质量流速、导航控制模型等详细参数和特性，而这些参数和特性只有设计该火箭的火箭设计部门才掌握，因此现有运载火箭的主动段飞行弹道设计方法也只适用于火箭设计部门。
2、针对非合作测量的运载火箭，在仅有外弹道测量数据的情况下，非火箭设计部门无法获知火箭各级发动机的上述各参数和特性，也就无法使用现有方法有效恢复火箭主动段飞行轨迹，而火箭主动段飞行轨迹的高精度仿真，对运载火箭子级落点区域计算、运载火箭入轨能力分析、火箭发射窗口分析、以及导弹攻防对抗等研究领域均有巨大价值。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术所存在的非合作测量运载火箭因无法获知其各级发动机的参数和特性而无法恢复火箭主动段飞行轨迹的问题，而提供了一种基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，进行了运载火箭主动段动力学建模，实现了运载火箭主动段飞行弹道的高精度仿真，准确模拟了主动段飞行特征。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
3
4、步骤1，对运载火箭主动段进行动力学建模，利用非合作实测数据求解火箭主动段运动加速度矢量ar,t：
5、ar,t＝ag,t+at,t
6、式中，ag,t为火箭组合体t时刻惯性系位置矢量rt的函数，at,t为t时刻推力加速度的函数，通过以下子步骤来计算：
7、步骤1.1，计算推力加速度大小：
8、
9、式中，isp,t为t时刻发动机比冲，vfm,t为t时刻推进剂比质量流速，g0为海平面标准重力加速度，mt为t时刻火箭剩余比质量：
10、
11、式中，t0＝0为火箭点火指令下达时刻，tstart,1至tstart,n为第1级至第n级火箭开始工作的相对时刻，tend,1至tend,n为第1级至第n级火箭结束工作的相对时刻，isp1至ispn为火箭第1级至第n级发动机的等效比冲，vfm1至vfmn为第1级至第n级火箭发动机推进剂比质量流速；
12、步骤1.2，求解推力加速度方向，包括：
13、步骤1.2.1，求解当前时刻的期望飞行速度：
14、[vke,t,vtarget]＝kepler(rt,rtarget,tla-t)
15、式中，kepler为求解二体运动椭圆轨道的开普勒方程，rtarget为火箭和其载荷分离后其载荷进行无动力飞行过程中的某一点惯性系位置，vke,t为通过开普勒方程求解得到的rt点对应惯性系速度矢量，vtarget为通过开普勒方程求解得到的rtarget点对应惯性系速度，tla为从t0时刻起至火箭飞行至rtarget的总耗时，t为相对于t0时刻的飞行相对时，t0时刻火箭惯性系位置记为r0；
16、步骤1.2.2，设计转弯结束时刻序列来基于实测数据求解程序转弯时间段，包括程序转弯开始时刻tstart,turn和程序转弯结束时刻tend,turn：
17、
18、式中，角标k为变量序数，st为时间序列步长，tend,1为火箭一级结束工作
19、时刻；
20、步骤1.2.3，设计推力矢量计算方程：
21、
22、式中，vke,t为t时刻期望速度，vt为t时刻火箭实际速度矢量，ag,t为t时火
23、箭受到的重力加速度，p1,t和p2,t为控制系数，dt为方向系数：
24、
25、式中，δt为积分步长；
26、步骤2，设计火箭主动段飞行航迹积分求解：
27、
28、式中，t为目标时刻，st为目标时刻的状态向量，s0为t0时刻的状态向量，为st的导数，st为火箭的地心惯性系状态向量，st＝[rt,vt]t，其中rt为位置矢量，vt为速度矢量；
29、步骤3，运载火箭主动段飞行过程仿真模拟，包括以下子步骤：
30、步骤3.1，设rtarget为火箭与其载荷分离后载荷无动力滑行段上某一点的惯性系位置矢量期望值、vtarget为该点的速度矢量期望值，r0为火箭发射点惯性系位置矢量，tla为从t0时刻起至火箭飞行至rtarget的总耗时，求解与飞行时长tla对应的rtarget点速度矢量vke,target：
31、[vke,0,vke,target]＝kepler(r0,rtarget,tla)；
32、步骤3.2，根据场景对vtarget的方向要求求解总耗时tla；
33、步骤3.3，判断火箭末级类型，若末级为固体火箭发动机，则进入步骤3.4，若末级为液体火箭发动机，则进入步骤3.5；
34、步骤3.4，末级为固体火箭发动机的火箭飞行过程仿真模拟，包括：
35、步骤3.4.1，确定末级工作时间，令火箭末级开始工作时刻tstart,n等于上一级结束工作的时刻tend,n-1，令火箭末级停止工作的时刻tend,n等于上一级结束工作的时刻加火箭末级工作时长tcontinue；
36、步骤3.4.2，用所求解的总耗时tla和所确定的末级工作时间按步骤2求解弹道，并在求解过程中每次积分中按步骤1.2.1计算t时刻对应的期望飞行速度vke,t；
37、步骤3.4.3，按如下判断条件判断火箭模型是否具备实现从r0点至rtarget的入轨机动能力：
38、
39、式中，εv为速度大小偏差阈值，εd为速度方向偏差阈值；若在积分过程中存在时刻t满足该式中前两项条件，但是t＜tstart,n，此时通过缩短总飞行时间tla，重新进行积分，即可求得满足该式所有条件的时刻t，此时判定火箭模型具备实现从r0点至rtarget的入轨机动能力，进入步骤3.3.4；若在积分过程中始终不存在时刻t满足该式中前两项条件，则判定火箭模型不具备从r0点至rtarget的入轨机动能力；
40、步骤3.4.4，求解末级火箭的点火时间，包括：
41、步骤3.4.4.1，设计时间判决条件：
42、
43、式中，εt为时间偏差阈值；
44、步骤3.4.4.2，设计末级工作时间：
45、tstart,n＝tend,n-1+tinte，tend,n＝tend,n-1+tinte+tcontinue
46、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，在步骤1.1中，推进剂比质量流速Vfm,t通过以下步骤求解：
3.根据权利要求1或2所述的基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，步骤1.2.2包括：
4.根据权利要求1或2所述的基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，步骤1.1中，火箭剩余比质量Mt计算如下：
5.根据权利要求4所述的基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，步骤1.1中，计算火箭剩余比质量Mt时将Mci设计为固定值：
【技术特征摘要】
1.一种基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，其特征在于，在步骤1.1中，推进剂比质量流速vfm,t通过以下步骤求解：
3.根据权利要求1或2所述的基于非合作实测数据的运载火箭主动段飞行弹道仿真方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伯阳，葛页，高澜，唐学海，赵军，唐福杰，张宇，周智亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六一零部队，
类型：发明
国别省市：
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