轨迹跟踪制导方案优化研究：X-33上升飞行的实践应用与效果分析

为了提高运载器大气层内上升段的制导精度，跟踪离线设计的标称轨迹的跟踪制导技术也得到了广泛的研究。

Deato、Pavelitz等人［39，40］提出了跟踪离线设计的最优轨迹的跟踪制导方法，在风、推力等干扰已知的情况下，该方法能较好地跟踪最优轨迹，并满足路径约束要求。X-33上升飞行采用了基于加速度跟踪的改进大气层内开环制导方案［41，42］，以减小由于内外干扰带来的状态偏差。其上升制导的整个流程如图1所示，飞行器在上升飞行过程中根据设计的时间点tgr分为开环制导与迭代制导进行导引：该时间点后的大气密度较小，采用大气层外的迭代制导方法；tgr之前的姿态角、节流阀指令被设计成相对速度的函数，上升飞行时姿态角指令按设计的程序给出，但节流阀则根据实测的轴向加速度与设计的轴向加速度剖面之间的偏差进行修正，以跟踪轴向加速度剖面。

图1　X-33上升制导流程图

贺成龙［43，44］等人研究了一种机载投放发射的可重复使用飞行器的大气层内跟踪制导方法，其引入反馈线性化的思想，基于动态逆设计了适合工程应用的大气层内上升段跟踪制导律，并对制导指令进行了限幅。(www.xing528.com)

为了提高上升段全程均在大气层内飞行的可重复使用亚轨道运载器的制导精度，张广春［45］将大气层外的摄动制导方法应用于大气层内的闭环制导中，并设计了以关机点速度为控制量的关机方程、高度与弹道倾角法向导引律及弹道偏角横向导引律。仿真结果表明，该闭环制导方案能很好地实现轨迹跟踪，并能有效提高制导精度。

轨迹跟踪制导方法能提高运载器大气层内上升段的制导精度，但其仍依赖于标称轨迹，自主性与适应性差。为了保证运载器的飞行安全，仍需要在射前进行大量的任务设计与分析工作。除了设计与验证一条可行飞行轨迹外，还需设计好应对突发事件的处理程序，如发动机故障处理、应急返回等，以保证任务不能被环境条件、突发事件（如临近发射时任务目标或约束的改变）而导致发射延误或失败。