基于粒子群算法的机动弹头再入弹道优化设计

在导弹机动突防的研究中,为合理设计与比较分析各种突防方案的优劣,必须首先了解突防弹头的可机动区域,即确定弹头的最小纵程、最大纵程和最大横程.基于粒子群优化算法,采用直接优化控制变量迎角和侧滑角的方法,对再入边界弹道进行了优化设计.为避免陷入局部最小值点、提高群体的多样性,根据再入弹道设计中控制变量的连续性特点,在粒子群优化算法的迭代公式中引入了平滑变异因子.以某机动再入弹头为例,分别得到了满足过程约束及终端状态约束的最大纵程、最小纵程和最大横程弹道.仿真结果表明,改进方法是可行的,可为弹道优化提供参考.     

弹道导弹弹道建模与仿真技术研究

在弹道导弹建模优化的研究中,针对弹道导弹防御技术仿真应用,建立了弹道导弹弹道仿真模型.首先基于最优能量椭圆弹道理论,采用优化迭代方法,考虑地球自转影响,建立了弹道导弹自由段模型,并根据导弹性能参数,建立了主动段和再入段弹道模型,从而得到从发射点到落点的包含不同飞行段特性的完整弹道模型.其次利用上述弹道模型开展仿真,得到了导弹飞行轨迹参数和二维和三维弹道演示效果.证明提出的弹道导弹仿真模型,弹道构建速度得到优化加快,能以较高的置信度反映弹道导弹运动特性,能够满足弹道导弹防御技术仿真应用要求.     

反舰导弹末端机动弹道设计及弹道仿真

为对抗反舰导弹带来的威胁,舰艇的反导防御体系在不断加强,特别是舰上的密集火炮拦截系统是在近程对付反舰导弹的有效手段,单一的超低空掠海飞行方式已很难突破舰艇的防御系统。为避开舰上密集火力的拦截,增强突防能力,反舰导弹必须在其弹道末端具备一定的机动性能。为此该文提出了跃升、蛇行和螺旋三种末端机动弹道的设计方法。在设计导弹控制系统时采用了类似防空导弹的过载控制技术替代传统的姿态控制技术,并推导了相应的过载计算公式。利用所推导的控制指令计算公式对某型超音速反舰导弹进行了弹道仿真,仿真结果表明该设计方案是可行的,并具有较高的实际应用价值。     

基于红外成像导引头的切换制导律设计

根据对红外成像导弹多模制导技术研究的现有成果,设计了适合红外成像导引头的制导律.分析了红外成像导引头不同阶段的成像特点,根据这些特点选择相应的制导律.这些制导律很好地弥补了红外成像导引头的成像缺点,并结合弹道交接算法完成制导功能.数字仿真验证了切换制导控制导弹攻击大机动目标较比例导引有更小的脱靶量和更平滑的弹道.结果表...     

弹道导弹极限能量弹道的求解与仿真

弹道导弹的弹道运动可以看作是导弹绕地心质点的二体运动,在经过发射点到落点的多个椭圆弹道中,发射速度最小的弹道称为最小能量弹道。一般来讲,随着发射速度的增大弹道落点速度和俯角都会增大,因此较高的发射速度可以提高导弹的末端突防概率。在椭圆轨道扁心率与轨道参数关系的研究基础上,研究提出了极限能量弹道轨道根数的求解方法,并进行了仿真开发和实现。理论和仿真结果证明了依靠提高发射速度来增大落点速度和俯角推断的正确性。     

采用高抛弹道的反临拦截器制导律设计

高超声速武器拦截由于相对速度极快,机动能力、速度均不占优势,因此需要进行高精度的中、末制导研究。本文以临近空间高超声速巡航飞行器为拦截对象,提出了采用高抛弹道拦截的设计思路,针对临近空间飞行器的弹道特征和机动性能,设计高抛弹道的初、中、末复合制导律,并对目标进行不同机动模式的拦截效果进行分析,仿真结果表明,基于高抛弹道的拦截器能够有效拦截巡航类高超声速临近空间目标。     

MATLAB在弹道仿真中的应用

在导弹的设计、研究中,弹道仿真是一项必不可少的实验工具.如何能够高效地运用Matlab软件进行弹道全数字仿真是文中主要探讨的问题.针对这一问题,首先分析了弹道仿真数学模型的特点,并以滑翔增程弹为例,详细研究了在M文件、simulink工具箱以及两者交互使用环境下建立外弹道质心运动系统仿真模型的方法和优缺点.最后给出了一定条件下的弹道仿真结果,以此证明该仿真算法对弹道进行仿真研究具有模型设计简单、参数易于修改和结果直观等特点.     

风干扰下某型导弹的弹道仿真

弹道表征导弹飞行状况,对导弹设计有重要作用.风是影响导弹飞行的重要因素之一.而计算机仿真对于生产及试验成本较高的导弹的开发定型等过程有着重要的作用.文中以常值风、阵风以及随机风为例,研究风对导弹飞行弹道的影响.首先建立无风条件下按231转动的地面发射坐标系中的导弹运动学、动力学模型,然后引人风的工程化模型,最后在Madab环境中对某型导弹在风干扰下的弹道进行仿真,结合已有数据分析仿真结果.仿真结果表明,所得弹道基本符合实际,并证明风确实是影响导弹飞行弹道的重要因素.     

大空域导弹下降转平飞段控制器设计

在导弹大空域变化的下降段,通过在导航计算机中预装分段常数的俯仰舵变化规律,在保证导弹大空域变化的快速性的同时,使导弹下降段末端不至于过冲太大而入水;针对下降转低空巡航的过渡段表现出的强机动及难预知特点,设计了模糊增益控制器,从而使过渡段弹道比较平滑,拉起过程仅出现一个超调,平飞过程平稳。比较了采用模糊增益控制器进行过渡段控制与采用固定参数控制器进行过渡段控制时俯仰舵偏角及飞行攻角的变化规律。仿真结果表明,采用该控制方案所得到的飞行弹道符合方案弹道,各项指标满足设计要求。     

载人登月飞行器高速返回再入制导技术研究

返回再入段是载人登月任务完成后,保证宇航员安全返回地球的关键阶段,其跳跃式再入制导方法的研究是我国载人登月任务需要突破的一项重要关键技术.由于探月返回飞行器速度极高,其弹道特性与神舟飞船一类的近地轨道返回的飞行器有较大差别,也给制导导航与控制(简称GNC,以下同)系统设计带来较大挑战.与无人再入飞行器相比,载人飞行器需要具备防过载超限能力、大范围再入航程适应能力、高精度落点控制能力.为了满足上述要求,本文提出了一套基于全系数自适应校正的预测制导方案.在再入前,通过对基本倾侧角进行校正,提高了规划弹道对再入初始条件散布的适应性;再入后利用外环的预测与全系数自适应校正实现对规划弹道的持续修正,保证规划弹道与飞行器状态的匹配性,内环则采用短周期的弹道跟踪制导;对于横向制导,本文给出和比较了采用实时漏斗制导律、独立预测–校正制导律方案以及横航向独立自校正和耦合自校正方案.     

可重复使用航天器时间协同飞行轨迹优化

针对可重复使用航天器(RLV)时间协同飞行轨迹优化问题,提出了一种基于Radau伪谱法的轨迹优化方法。方法以再入飞行时间可知性、可控性为目标,使用Radau伪谱法对RLV的飞行时间进行预测,进而协调出多RLV的再入协同飞行时间,以此再入飞行时间为终端约束使用Radau伪谱法生成满足协同飞行要求的再入轨迹。仿真结果表明,上述轨迹优化方法可以得到满足时间协同约束、状态约束和控制约束的飞行轨迹,具有较高的稳定性和较快的求解速度。所提方法满足多架RLV时间协同再入飞行的需求,具有很强的实用价值。     

基于改进粒子群算法的再入飞行器轨迹优化

采用基于距离量度和自适应惩罚相结合的约束处理技术的改进粒子群优化算法(PSO)应用于再入飞行器轨迹优化,避免适应值函数中复杂的罚函数及罚因子的设计,提高优化算法的通用性.以高超声速飞行器最小控制量再入轨迹优化为例,并对飞行器运动模型进行简化及控制量参数化.对两种不同的高超声速飞行器模型进行优化,仿真结果验证算法的有效性...     

亚轨道飞行器任务中止再入轨迹优化设计

针对亚轨道飞行器上升段由于动力故障任务中止时再入返回的问题,考虑飞行模型简化和故障后的燃料处理方案,通过遗传算法优化设计最优返回轨迹,优化时选取经向飞行航程最远作为性能指标,并采用遗传算法,解决用于再入轨迹优化所涉及的关键问题,并进行仿真。仿真结果表明,方法不但满足飞行器返回过程中加热率、过载、动压约束以及终端状态约束,能够通过飞行航程最远消耗飞行器能量从而安全着陆,而且可以较快地搜索到全局最优解,能够用于亚轨道飞行器故障再入轨迹的优化设计。     

基于模糊多目标的高超声速飞行器再入轨迹设计

针对多约束条件下的高超声速飞行器再入轨迹的优化问题,考虑多个具有不同重要性等级的优化指标,提出基于模糊多目标的轨迹设计方法.首先,利用直接配点法,将最优控制问题转化为带优先级的非线性多目标规划问题;然后,基于模糊满意优化的思想,根据更重要目标具有更高满意度的原则,将优先级表示为满意度序,并设计两步式优化模型.通过调节参数,能获得同时满足优化和重要性等级要求的最优轨迹.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

多约束下基于能量耗散的再入轨迹优化设计

研究了多约束条件下的再入轨迹优化设计.引入了能量的概念,以它替代时间作为积分变量,解决了再入过程的时间不确定问题.在此摹础上,依据再入段特性确定出控制变量的大致模型,从而将对最优控制变量的寻找转化为对控制模型参数的优化,使得优化控制易f实现;对过程约束和终端状态约束进行处理,构成性能指标函数的辅助部分,从而将有约束优化问题转化为无约束优化问题,然后用单纯形替换法来求解.仿真结果表明方法能够比较快速地获得一条满足再入约束条件的优化轨迹,且优化算法简单,容易实现,具有较好的工程应用前景.     

Reentry Trajectory Optimization for Hypersonic Vehicles Using Fuzzy Satisfactory Goal Programming Method

Constrained reentry trajectory optimization for hypersonic vehicles is a challenging job. In particular, this problem becomes more difficult when several objectives with preemptive priorities are expected for different purposes. In this paper, a fuzzy satisfactory goal programming method is proposed to solve the multi-objective reentry trajectory optimization problem. Firstly, direct collocation approach is used to discretize the reentry trajectory optimal-control problem with nonlinear constraints into nonlinear multiobjective programming problem with preemptive priorities, where attack angles and bank angles at nodes and collocation nodes are selected as control variables. Secondly, the preemptive priorities are transformed into the relaxed order of satisfactory degrees according to the principle that the objective with higher priority has higher satisfactory degree. Then the fuzzy satisfactory goal programming model is proposed. The balance between optimization and priorities is realized by regulating parameter λ, such that the satisfactory reentry trajectory can be acquired. The simulation demonstrates that the proposed method is effective for the multi-objective reentry trajectory optimization of hypersonic vehicles.     

基于拟连续高阶滑模的高超声速飞行器再入姿态控制

考虑模型参数不确定和外界干扰对再入制导控制性能的影响,基于拟连续高阶滑模控制策略对高超声速飞行器的再入制导控制问题进行了研究.首先,给出再入制导指令的设计过程.其次,基于再入飞行特性对模型进行简化,获得面向控制的姿态模型,在此基础上,通过引入新的控制变量,设计解耦滑模面,实现姿态间的解耦.再次,为了削弱控制抖振,通过引入虚拟控制,对系统进行增广,基于齐次性理论设计拟连续三阶滑模再入姿态控制器,确保系统在有限时间实现对制导指令的稳定跟踪.最后,六自由度再入飞行器的制导控制一体化仿真结果表明,本研究给出的控制策略在不影响系统鲁棒性的同时,能够实现对标称轨迹和再入姿态的综合控制.     

基于粒子群算法的飞行器再入轨迹优化

提出将粒子群优化算法（PSO）应用于飞行器再入轨迹优化。以最小控制能量高超声速飞行器再入轨迹优化为例,对飞行器运动模型进行简化和控制量参数化,粒子群算法采用自适应权值,并充分利用飞行器再入时的运动特性来设置PSO算法初始参数,分析比较仿真步数对结果的影响。仿真结果表明提出方法的有效性和优越性。     

弹头初始再入点空间约束范围的研究

现在高速再入弹头通常具有末制导系统,在再人弹道设计过程中,再入弹头需要满足速度要求,并且在末端可能还需要满足一定的再人角限制,在实际飞行过程中,满足以上条件得出的最优制导律还要满足过载要求.这就使得弹头再入范围有一定的限制,尤其在起始时刻要满足过载要求,超过这个范围将使得弹头需用过载超过可用过载,从而达不到理想的最优制导过程.推导出满足以上条件最优制导律的弹头再入点的空间范围.仿真结果表明:满足以上空间范围的再入弹头按照最优制导律飞行,起始点过载满足要求.为设计弹道提供了一个再入时刻的范围参考.     

基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制研究

机器人轨迹节点跟踪比较难,导致机器人实际轨迹偏离期望轨迹,所以设计基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制方法;构建全向移动机器人的运动学数学模型,以此确定机器人移动轨迹数学模型;以移动轨迹数学模型为基础,按照视觉图像划分标准对全向移动机器人运动图像的分割,通过分离目标节点的方式提取运动学特征参量,完成机器人轨迹节点跟踪处理;结合节点跟踪处理结果,将运动学不等式与误差向量作为机器人轨迹跟踪控制的约束条件,利用滑模变结构搭建轨迹跟踪控制模型,实现全向移动机器人轨迹跟踪控制;对比实验结果表明,所设计的方法应用后,全向移动机器人角速度曲线、线速度曲线与期望运动轨迹曲线之间的贴合程度均超过90%,满足全向移动机器人轨迹跟踪控制要求。