临近空间高超声速飞行器控制系统基本原理

    临近空间高超声速飞行器是一个新兴的研究领域,随着人类探索能力的不断提升,该领域将会出现更多 创新性的理论、方法和技术。本书是临近空间高超声速武器设计与运用的专业教材,重点介绍临近空间高超 声速飞行器控制系统的基本原理和相关专业基础知识,内容包括临近空间高超声速飞行器的发展历史及现 状、临近空间大气环境特征、控制系统原理及分析、激光捷联惯性导航系统、姿态控制系统、制导系统、弹星地 通信基本原理以及高超声速飞行器鲁棒控制八部分。

    本书适用于航空航天、空间工程、测控工程专业本科生高年级和研究生的专业学习,也可供有关科研人员 参考使用。

    临近空间高超声速飞行器兼具航天器与航空器的优点,融合了当今诸多航空 航天的前沿技术,是未来飞行器的重要发展方向,受到全世界各军事强国的青睐。 以临近空间高超声速飞行器技术为基础的高超声速飞行器武器系统,必将成为导 弹武器装备体系中的“撒手锏”利器。本书紧跟临近空间高超声速飞行器前沿技术,以高超声速飞行器控制系统为主要内容,结合课题组近年来的教学与科学研 究情况编撰而成。

    本书力求遵循由浅入深、由易到难、由简到繁、循序渐进的教学规律,较为系 统地介绍国内外高超声速飞行器控制系统技术。第1章临近空间高超声速飞行 器概述,介绍临近空间高超声速飞行器的定义及国内外发展现状。第2章介绍临 近空间大气环境,分析临近空间对高超声速飞行器的影响。第3章控制系统原理及分析,重点介绍临近空间飞行器的控制系统方案及结构。第4章激光捷联惯性 导航系统,重点介绍临近空间飞行器常采用的激光捷联惯组的基本原理,激光陀 螺仪与加速度计以及组合导航的特点及原理。第5章姿态控制系统,重点介绍高 超声速飞行器的姿态控制系统方案、主要性能要求以及姿态控制系统的工作过程 及原理。第6章临近空间飞行器制导系统,详细分析高超声速飞行器的制导原 理、各飞行阶段的运动数学模型,并介绍轨迹优化及末制导律设计方法。第7章重点介绍临近空间飞行器弹星地通信原理及特点。第8章介绍了课题组近年来的研究成果,即临近空间高超声速飞行器鲁棒控制技术,重点介绍考虑控制约束的鲁棒模型预测控制算法。

    焚膏油以继晷,恒兀兀以穷年。本书是笔者所在的教学科研团队在高超声速 飞行器控制系统领域历年教学与科研实践工作的基础上,结合国内外相关文献而 编写的。主要编写人员有秦伟伟、刘刚、赵欣、王俊提等,由刘刚教授统筹。其中, 第1章由秦伟伟、刘刚编写,第2章由刘刚编写,第3、 5、 6章由秦伟伟编写,第4章 由赵欣编写,第7章由王俊提编写,第8章由秦伟伟编写。全书由秦伟伟统稿, 王俊提负责审修、赵欣负责校对。同时,课题组何兵副教授、王庆文讲师和博士 研究生胡琛、李振华、林浩申、安喜彬等,以及硕士研究生潘点恒、张广豪、叶多 福、张凯杰、马霄龙等同学在材料收集、学术讨论、图表绘制和公式编写上做了大量工作。

    本书的编写工作得到了火箭军工程大学训练部教务处、空间工程系领导以及 701教研室领导和同事的鼎力支持和无私帮助。同时,本书在编写过程中得到了火箭军工程大学汪立新教授和刘洁瑜教授的大力支持和帮助。本书在编写过程 中参考了《高超声速飞行器制导与控制技术》《吸气式高超声速飞行器控制技术》 《导弹惯性制导技术》等书中部分内容,在此对这些作者表示衷心的感谢,并对文 中引用的参考文献的作者表示感谢。此外,本书介绍的部分研究工作得到了国家 自然科学基金项目“面向全飞行包线的高超声速飞行器复杂动态建模及主动鲁棒控制”(批准号: 61503392)的资助。 受限于笔者之能力,本书难免有不妥之处,恳请读者批评指正,以使之完善提高。

                                                                                    作 者

                                                                                 2017年6月于西