第1章 绪论 1
1.1 临近空间高超声速飞行器 1
1.1.1 高超声速飞行器技术的起源 1
1.1.2 高超声速飞行器的特点与用途 3
1.1.3 临近空间高超声速飞行器分类 3
1.2 国内外发展概况 8
1.2.1 助推滑翔再入飞行器 8
1.2.2 可重复使用运载器 14
1.2.3 吸气式高超声速飞行器 18
1.3 我国高超声速飞行器发展概况 22
第2章 临近空间大气飞行环境 24
2.1 飞行空间 24
2.1.1 航空空间 24
2.1.2 航天空间 24
2.1.3 临近空间 25
2.1.4 轨道飞行与亚轨道飞行 25
2.1.5 飞行器 26
2.2 大气环境简介 26
2.2.1 大气层组成 26
2.2.2 大气层的结构 27
2.2.3 常用的大气模型 30
2.3 临近空间大气风场特性分析及模型 32
2.3.1 风的定义 32
2.3.2 大气风场的变化特性 33
2.3.3 大气风场模型的表现形式 36
2.3.4 临近空间风场复合模型 39
2.4 大气密度特性分析及模型 39
2.4.1 大气密度变化特性 39
2.4.2 密度扰动模型 43
2.5 空间环境的影响 44
2.5.1 臭氧 45
2.5.2 辐射粒子 46
2.5.3 原子氧 46
2.5.4 水蒸气及其他空间环境因素 46
2.5.5 电离层的影响 47
2.6 临近空间的军事用途 48
2.6.1 临近空间飞行器的军事用途 48
2.6.2 临近空间的战略价值 52
第3章 高超声速飞行器控制系统分析 54
3.1 高超声速飞行器控制系统概述 54
3.1.1 飞行器控制系统基本功能 54
3.1.2 控制系统的基本组成 54
3.1.3 制导系统 55
3.1.4 姿态控制系统 55
3.1.5 飞行器对控制系统的基本要求 56
3.2 控制系统分析与设计中的常用坐标系 57
3.2.1 有关地球参数 57
3.2.2 常用坐标系 58
3.2.3 坐标系间的方向余弦矩阵 61
3.2.4 描述临近空间飞行器运动的几个角度 64
3.3 临近空间高超声速飞行器控制系统结构 65
3.3.1 飞行控制系统功用及组成 65
3.3.2 高超声速飞行器姿态控制系统方案 71
3.3.3 高超声速飞行器轨迹控制系统方案 75
第4章 高超声速飞行器组合导航技术 77
4.1 概述 78
4.1.1 基本概念 78
4.1.2 惯性技术发展及应用 78
4.2 惯性导航系统 80
4.2.1 惯性导航的基本原理 80
4.2.2 惯性导航系统分类 81
4.2.3 组合导航系统 83
4.3 捷联惯性导航系统 88
4.3.1 捷联惯性导航系统的基本原理 88
4.3.2 捷联导航系统的组成 89
4.3.3 捷联导航系统姿态计算基本原理 90
4.4 激光捷联惯性测量组合原理及组成 92
4.4.1 组成及结构特征 92
4.4.2 功用 94
4.4.3 基本工作原理 94
4.4.4 激光陀螺仪 95
4.4.5 石英加速度计 104
第5章 高超声速飞行器姿态控制系统原理 110
5.1 姿态控制系统概述 110
5.1.1 姿态控制系统基本组成 110
5.1.2 姿态控制系统基本功用 111
5.1.3 姿态控制系统的指标要求 112
5.1.4 典型姿态控制方法 113
5.2 姿态控制系统方案 118
5.2.1 极点配置设计原理 118
5.2.2 控制系统的性能指标确定 119
5.3 一类高超声速飞行器姿态控制系统工作过程及基本原理 119
5.3.1 姿态控制系统工作过程 119
5.3.2 姿态控制系统工作原理 120
第6章 高超声速飞行器制导系统原理 123
6.1 飞行器制导系统概述 123
6.1.1 制导系统分类 123
6.1.2 再入滑翔制导系统组成及原理 125
6.1.3 末制导系统组成及原理 125
6.2 高超声速飞行器运动数学模型 126
6.2.1 运动方程组的建立 126
6.2.2 运动方程组的简化 136
6.3 飞行器主动段运动数学模型 143
6.3.1 气动力方程 143
6.3.2 飞行器刚体运动方程 145
6.3.3 气动力／推力矢量组合控制飞行器动力学方程 147
6.3.4 气动力／喷流组合控制飞行器动力学方程 148
6.3.5 飞行器机体动力学模型简化 148
6.4 临近空间高超声速飞行器轨迹优化 153
6.4.1 高超声速飞行器轨迹优化概述 154
6.4.2 临近空间高超声速飞行器制导模型 155
6.4.3 轨迹优化的数值方法 162
6.5 临近空间高超声速飞行器末制导律设计 178
6.5.1 运动方程 178
6.5.2 最优导引律设计 182
6.5.3 速度方向控制三自由度仿真数学模型 189
第7章 临近空间飞行器弹星地通信基本原理 191
7.1 临近空间高超声速飞行器测控通信系统概述 191
7.1.1 临近空间高超声速飞行器特点分析 191
7.1.2 临近空间高超声速飞行器对测控通信的技术需求分析 192
7.1.3 临近空间高超声速飞行器测控通信策略分析 192
7.2 卫星链路基本概念 193
7.2.1 等效全向辐射功率 193
7.2.2 噪声温度Te 194
7.2.3 品质因素 194
7.2.4 系统热噪声 194
7.3 中继卫星与临近空间飞行器通信链路 195
7.3.1 我国中继卫星系统 195
7.3.2 星地通信链路介绍 196
7.3.3 弹星地双向通信链路构建 196
7.4 星弹链路损耗计算 197
7.4.1 自由空间传播损耗 197
7.4.2 星地链路附加损耗 198
7.4.3 链路通信余量的计算 201
第8章 高超声速飞行器鲁棒控制技术 202
8.1 高超声速飞行器控制概述 202
8.1.1 高超声速飞行器控制研究现状 202
8.1.2 高超声速巡航飞行器控制关键技术问题分析 203
8.2 面向控制的高超声速巡航飞行器数学建模 205
8.2.1 高超声速巡航飞行器飞行动态特性 205
8.2.2 高超声速巡航飞行器动力学模型 206
8.3 高超声速巡航飞行器鲁棒变增益控制设计 209
8.3.1 基于鲁棒变增益的控制系统分析与设计基础 209
8.3.2 基于LPV的高超声速飞行器鲁棒控制律设计 216
8.4 高超声速巡航飞行器鲁棒预测控制方法设计 225
8.4.1 模型预测控制基础 225
8.4.2 高超声速巡航飞行器约束特性分析 227
8.4.3 基于LPV的鲁棒模型预测控制律设计 227
参考文献 244