题目：高超声速飞行器多段多约束导引方法研究

        近年来大量的研究聚焦于高超声速飞行系统。这些飞行器有广泛的应用前景，其中制导和控制系统是要面临的主要挑战之一。由于这些高超声速飞行器的速度和它们的执行任务的恶劣环境，它们需要健全且快速的导引方法得以确保有可行的满足任务限制要求的飞行路线。在过去的半个世纪里，人们提出了大量的导引方法。这其中只有一少部分已经测试和应用于不同的再入飞行器。然而，未来的需求是期望其更加稳定，并且制导系统的精度和效能有待提高。在这篇论文中，我们旨在为高超声速飞行器开发更高效的导引方法。

        典型的高超声速飞行器的任务路线由不同环境条件下的各个飞行阶段组成。事实上有两处飞行任务线路可提出的结合，一个包括带助推器发射的飞行器的发射，另一个包括从高空下落的空中平台。在这篇论文中，我们的工作将限制在带助推器的飞行器的发射。我们的任务包含三个部分：带助推器的飞行器发射到外大气层的高度；再入大气；最终飞行。至外大气层高度的上升段包括大气层内飞行和大气层外飞行。通常大气层边界内的上升飞行通过传统的开环方法控制，因此我们不考虑这一飞行阶段的导引律设计。这篇文章所要研究的飞行阶段是外大气层上升段、再入大气段和最终飞行段。

         这篇文章里我们提出两种不同的方法。其中一个方法用到基于最优控制的伪谱法。在这种方法中，我们应用勒让德伪谱法将弹道参数化并算出两点边值问题（TPBVP）的数值结果。边值问题因弹道控制问题而形成，即由于系统的不确定性通过最小化误差使目标跟随参考路线的问题。我们的方法不同于其他方法因为这里所用到的参考在每一个导引循环中都会更新。这一特点不能像LQR一样被传统方法合并因为得到的结果只提供了当前的状态并且像伪谱法的解决方案那样没有控制整个过程。提出的这个方法将在再入段进行评估以得到不确定的具体范围，在和传统方法的对比中它更加有效。

         TPBVP的伪谱法解决方法的优势也可以应用于模型预测控制（MPC）。这篇论文中讨论了这种方法。在这里合并了伪谱法和MPC的概念。结果公式用了末态误差或弹道来得到TPBVP的解决方案。这个方法论证了外大气层的飞行中发射飞行器出现的推力问题及不同情况的控制。评估的结果证明这个方法甚至在强烈的干扰下都有效地保持了特定的边界目标。

         这篇文章里另外一个方法是开发逆动力学的概念。这个方法通过将弹道近似为限制终点的贝塞尔曲线解决逆动力问题。由于贝塞尔曲线的特点，我们可以定义一个满足所有位置和角度限制的弹道。在提出的这个方法中介绍了在飞行中控制末态速度的概念。正是这样飞行器可以在确定的方法下完成整个被动飞行。这个方法将被评估用于再入飞行段和最终下降飞行段。结果明显好于其他所比较的方法。

         这篇论文讨论了可以应用于高超声速飞行器制导的三种方法。这些方法与传统方法相比具有精确度、计算速度、限制末态速度和角度的能力等方面有长足的优势。所有这些方法都进行了鲁棒性验证，并且其中一些用来和传统方法比较，结果非常好。建议将它们应用于高超声速飞行器的高难度任务。