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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Te194

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