论文摘要：考虑高空风干扰的火箭上升段闭环制导

    运载火箭作为人类进入太空的最有效手段，对其飞行过程的制导精度有很大要求。在火箭的整个飞行过程中，上升段是非常重要的一个阶段，能够精确满足约束条件、计算效率高的上升段制导是保证火箭完成飞行任务的一项关键技术。

    论文以运载火箭为研究对象，以最优控制理论为基础，对火箭跨大气层上升段飞行制导问题展开了研究，并重点讨论了考虑高空风干扰时的闭环制导算法，主要内容包括以下三部分：

    第一，建立了火箭上升段动力学模型。给出了火箭上升段运动的数学描述，在发射点惯性坐标系下建立了运载火箭上升段动力学模型，同时考虑风干扰，将风干扰对火箭运动速度的影响转换为火箭上升段气动力的影响。

    第二，研究了含有复杂约束的火箭上升段非线性最优开环制导问题。

    研究了改进的Gauss伪谱法，将非线性的终端状态约束通过状态微分矩阵和Gauss权重转化为线性的终端状态约束，大大简化求解过程；

    证明了火箭上升段轨迹非线性规划问题的KKT(Karush Kuhn Tucker)条件，并通过求解目标函数Gradient阵和约束Jacobian阵，分析了矩阵的稀疏性对求解速度的影响；

    推导了解析的最优真空解，并以此作为初始猜想，以最省燃料为性能指标，设计了基于改进Gauss伪谱法的火箭上升段开环制导快速求解算法。

    第三，研究了考虑高空风干扰的火箭上升段闭环制导问题。

    建立了大气风场模型，包括平均风、阵风和风切变，分析了风干扰对运载火箭上升段运动模型和气动载荷的影响；

    设计了基于改进Gauss伪谱法的在线实时次优反馈制导算法，通过最优反馈控制方法获得在线高精度控制，分段设计了制导策略，前段注重制导速度，末段制导注重制导精度。

    对上升段飞行进行全段仿真，大气段风干扰产生的误差通过真空段的闭环反馈得到了有效的抑制，实现了高精度制导，提高了制导系统的鲁棒性。

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