基本介紹
- 中文名：疊代制導技術
- 外文名：Iterative guidance technology
- 性質：一種自適應制導技術
- 適用於：液體運載火箭
- 套用：長征二號FT1火箭
- 主要特點：精度高、適應性強、制導裝置簡單
基本概念,定義,主要特點,工程套用中的可靠性設計,疊代算法可靠性保障措施,疊代次數控制,疊代制導分段數選取,發展與套用,
基本概念
定義
疊代制導技術是液體運載火箭的一種制導方法。疊代制導是隨著現代計算機技術和最優控制理論發展而出現的一種自適應制導技術，可根據火箭當前的速度、位置以及預估的入軌點，不斷調整自己的飛行軌跡，計算需要的入軌點，然後根據當前位置和入軌點之間的空間相對關係，規劃出一條新的軌跡，從而保證入軌精度和入軌的姿態。簡單來說，攝動制導規定具體路徑，而疊代制導只是限定目的地，並不限制具體路徑。
主要特點
制導精度高、任務適應性強、箭上制導裝置簡單、對地面準備要求相對較低。
工程套用中的可靠性設計
載人運載火箭的典型特點是高可靠，因此對制導算法的可靠性、安全性設計至關重要，也是實現疊代制導工程化的一項重要工作。
疊代算法可靠性保障措施
考慮到疊代制導是一種通過疊代不斷收斂，進而達到系統最優的算法，保證疊代算法快速、平穩收斂以及異常狀態下收斂性不受影響是提高其可靠性的關鍵，可以考慮在設計上採取以下幾種措施：（1）對可能產生突變的輸入信息進行濾波，在疊代算法中，由慣性器件實時敏感到的視加速度作為表征火箭瞬時推重比的性能參數，用於多項參數的估算，而視加速度受到發動機推力瞬時變化和慣性組合採樣等因素的影響，可能會有波動，因此，對視加速度的濾波能夠提高疊代算法的平滑性。（2）對推重比分為多個階段的彈道，一般疊代制導只針對最後一級發動機工作時間進行疊代，這是不夠的。對於中間階段的工作時間，不能簡單的採用理論時間，而應根據關機方式進行精確估算和疊代，這對於保證各階段程式角的連續性有重要作用。（3）對推重比分為多個階段的彈道，在分段處須採取必要措施進行控制，具體措施可以有多種，簡單的處理是分段處停止有關參數的估算，採用理論值取代，過濾段時間要合理取值，留有餘量，確保後續計算不受關機後效的影響。（4）對輸出的程式角進行角速度和角度限幅，可以提高火箭飛行穩定性，並且有助於提高故障情況下的安全性。
疊代次數控制
一般情況下，疊代制導經過一次疊代之後算法能夠迅速收斂，但當發動機推力不穩定或故障情況下，收斂速度會降低，如果任其疊代直至收斂，花費時間較大，嚴重時會威脅到箭上飛行控制軟體的實時運行，因此，必須對每次最大疊代次數加以限制，一般可以取一次，如果箭載計算機運行時間寬裕的話可以適應放寬。
疊代制導分段數選取
因為要對後續階段的加速度進行多重積分，疊代算法的複雜性與分段數關係密切，每增加一個分段，會增加大量計算和控制分支，不利於可靠性的提高，因此不建議採用過多的分段，而分段數是由推重比的變化情況決定的，與彈道特性有關，因此這實際上是疊代制導的接入時刻選取問題。
發展與套用
在神舟八號以前的飛船，採用的是攝動制導，就是按照一個標準的軌道飛行。2011年9月29日，用於實現天宮一號和神舟八號飛船交會對接的長征二號FT1火箭的制導方式首次使用了疊代制導技術，從而保證入軌精度和入軌的姿態。由於首次交會對接任務對天宮一號的入軌精度並沒有很高要求，但對神舟八號入軌精度要求很高。因此，科研人員選擇了兩套制導方案：當發射目標飛行器時，火箭僅採用攝動制導；當發射飛船時，火箭採用“攝動+疊代”組合制導。 攝動制導方式下火箭永遠瞄著一個固定的入軌點，所以它的適應性和入軌精度相對較差。而採用疊代制導後，可以讓火箭自己主動去尋找自己的位置。我國載人航天工程的交會對接任務對運載火箭入軌精度、對軌道調整的適應性、可靠性等多個方面提出了很高的要求, 採用疊代制導是一種較為合適的選擇。
長征二號FT1火箭
長征二號FT1火箭