第 1 章 绪 论
高超声速滑翔飞行器是一种无动力的飞行器，它一般具有面对称构型及中/高升阻比，能在临近空间中滑翔飞行。它的运动具有非线性、强耦合的特点，而高超声速飞行所产生的高度非线性流体动力学特性和高温物理化学特性进一步加剧了上述非线性与强耦合特性[12]。它的飞行包线跨度大、状态变化迅速，因此飞行器的运动还具有状态大范围快变的特点。由于临近空间大气特性及高超声速下的流体动力学特性尚不能完全掌握，这导致飞行器的运动存在多种不确定性。此外，飞行器要满足多种过程约束和终端约束，以保证飞行安全、并获得理想的制导精度。综上所述，高超声速滑翔飞行器运动的非线性、强耦合、状态大范围快变的特点[13]、多种不确定性、过程约束及终端约束给飞行器的制导带来极大的困难。为解决高超声速滑翔飞行器的滑翔段制导和精确导引问题，论文提出一种考虑不确定性的高超声速滑翔飞行器自适应有限时间制导方法，该方法适用于非线性、强耦合、状态大范围变化的对象，易于制导律设计，能满足多种过程约束和终端约束，同时能在状态快变和存在不确定性的条件下获得较高的制导精度。
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第 2 章 飞行器制导问题研究中的数学模型
2.1引言
为研究飞行器的制导问题，需要建立相关的数学模型，这些模型将为后续的制导方法研究与仿真验证提供模型基础。本章首先给出数学建模所需的变量定义、坐标系定义和坐标系间的转换矩阵。在此基础上，给出飞行器的质心运动模型及相关的环境模型，它们可以用来在制导方法的数值仿真中模拟飞行器的运动，同时它们也是推导相关制导律设计模型的基础；然后，给出飞行器与目标的相对运动模型及相关的联系方程等，它们可用于描述飞行器与目标间的相对运动关系，是研究飞行器精确导引问题的基础。
2.2坐标系定义及转换矩阵
（1）坐标系定义
地心坐标系，简记为 C，其原点位于地心，x 轴在赤道平面内由地心指向赤道与本初子线的交点，z 轴垂直赤道平面指向北极，y 轴与 x 轴、z 轴构成右手直角坐标系。 地理坐标系，简记为 P，其原点位于飞行器质心，y 轴沿地心与飞行器质心连线指向天，x 轴在包含原点的子午面内垂直于y轴并指向北，z 轴与 x 轴、y轴构成右手直角坐标系。弹道坐标系，简记为 F，其原点位于飞行器质心，x 轴与速度向量同向，y轴在包含原点的铅垂面内垂直于 x 轴并指向天，z 轴与 x 轴、y 轴构成右手直角坐标系。 速度坐标系，简记为 V，其原点位于飞行器质心，x 轴与速度向量同向，y轴在包含原点的飞行器纵向平面内垂直于 x 轴并指向飞行器的上方，z 轴与 x轴、y 轴构成右手直角坐标系。 弹体坐标系，简记为 B，其原点位于飞行器质心，x 轴与飞行器纵轴同向并指向前方，y 轴在包含原点的飞行器纵向平面内垂直于 x 轴并指向上方，z 轴与x 轴、y 轴构成右手直角坐标系。
第 3 章 有限时间线性控制及扩张状态观测器 ............ 23
3.1 引言 ................. 23
3.2 问题描述 ............................ 23
3.3 一类特殊线性系统的性质 .......................... 25
第 4 章 三维参考轨迹自适应生成方法 ....................... 53
4.1 引言 ................. 53
4.2 问题描述 ............ 53
第 5 章 自适应有限时间轨迹跟踪控制方法 ........... 81
5.1 引言 ........................... 81
5.2 问题描述 ............................ 81
5.3 扰动及控制约束下的纵向轨迹跟踪控制 .............. 85
第 7 章 高超声速滑翔飞行器制导综合仿真分析
7.1 引言
基于前文对飞行器制导方法的研究成果，利用 VC++开发飞行器制导综合仿真平台界面，利用 C++开发制导算法、飞行器运动、环境解算、仿真控制等模块，利用 VC++与卫星工具包（Satellite Tool Kit，简称 STK）开发可视化显示模块，实现飞行场景的二维/三维场景可视化演示。在此基础上，针对多种飞行任务及多种不确定性组合情况对论文提出的制导方法进行综合仿真验证，考察提出的制导方法在更多不确定性及更大的模型参数变化范围下的制导效果，并对仿真结果进行分析。
7.2飞行器制导方法综合仿真平台
制导方法的综合仿真平台能够验证数学模型和假设条件的正确性以及制导方法的有效性，为飞行器制导控制系统的研制提供支持。通过仿真试验对制导控制系统进行演示验证，能够规避飞行试验的风险、节约研制成本、缩短研制周期。在仿真过程中，对三维/二维飞行场景进行可视化展示，能够帮助相关人员更好的理解飞行态势，为仿真分析提供支持。 STK 是航天领域的商品化分析软件，它是由美国分析图形有限公司（AGI）出品的一系列图形化、交互式航天工程应用软件产品的核心[149]。它支持航天任务周期的全过程，并提供用于计算数据的分析引擎，显示二维地图/三维场景以及运载火箭、卫星、飞机、车辆等对象，增强用户对态势的获悉与理解[149]。STK提供多种与外部应用程序的交互方式（如图 7-1 所示），包括 COM、TCP/IP、SOCKET 等，也可通过 STK 数据文件实现数据传入，从而将 STK 强大的态势显示和数据分析功能整合到外部应用程序中。
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结 论
本文对高超声速滑翔飞行器的滑翔制导问题和精确导引问题进行深入研究，提出了一种考虑不确定性的有限时间制导方法，取得了如下的创新性成果：
（1）提出了有限时间线性控制方法和有限时间线性扩张状态观测器（FT-LESO）设计方法。给出了有限时间线性控制器参数与系统收敛速度、调节时间之间的解析关系，为基于期望收敛性能快速设计控制器提供理论依据，利于控制器的在线设计与参数调整；给出了 FT-LESO 参数与观测误差收敛速度、调节时间及其稳态值之间的解析关系，保证 FT-LESO 的观测性能满足指标要求，实现快速准确的扰动观测，为扰动补偿与抑制创造良好的条件。
（2）提出了适应参数及任务变化的三维参考轨迹自适应生成方法。给出了轨迹各变量间的解析关系，分析轨迹高度-速度曲线对航程的影响，结合离线攻角-速度曲线优化以及在线高度-速度曲线设计，将多约束下的三维参考轨迹生成问题转化为单参数搜索问题，给出三维参考轨迹快速计算方法，保证参考轨迹满足多种约束并适用于进行大侧向机动的任务。根据在线模型参数估计以及飞行任务的变更信息，通过在线生成参考轨迹，使其对模型参数变化和飞行中变更目标的情况有较强的适应性。
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参考文献（略）