飞行器轨迹优化的造型降维方法

提出一种基于Bezier曲线造型的降维轨迹优化方法,用于提高轨迹优化的精度。该方法利用Bezier曲线优良的形状刻画能力描述最优轨迹,将优化问题的边界条件化为Bezier曲线的造型参数约束,从而使原问题表示为较低维含造型参数的优化问题,减少了计算量。轨迹造型法可有效协调飞行器动力学模型中不同时间尺度变量动态特性差异对非线性规划求解条件数的不利影响,更易于得到光滑最优解。按照常规高斯伪普法和网格自适应伪谱法分别对一种轨迹优化的原问题和造型降维问题进行了仿真验证,证明了所提出方法的可靠性。     

基于粒子群优化的再入可达区计算方法研究

针对升力式高超声速飞行器再入可达区计算问题,提出了一种粒子群优化(PSO)和倾侧角反转相结合的混合求解方案。为了减小待优化变量的搜寻空间,设计了一种参数化的倾侧角剖面,利用约束PSO算法求解满足再入过程约束和末端约束的最优滑翔轨迹。通过倾侧角正向和逆向反转逻辑直接生成倾侧角指令集合,进而实现高超声速飞行器再入可达区的快速估算。高升阻比再入滑翔飞行器CAV-H仿真实例表明,该混合优化求解方案易于实现且无需预估参数初值,具有良好的可操作性。     

基于混合粒子群优化的动力飞行器再入轨迹优化

研究了一类含动力再入飞行器的跳跃轨迹优化问题。首先将动力学方程中的控制量进行有限维数的参数化,减少优化算法的搜索空间。然后利用约束PSO算法和Powell优化算法相结合的混合优化算法求解满足再入过程约束和末端约束的最优滑翔轨迹。最后通过对高升阻比再入滑翔飞行器CAV-H的仿真分析,验证了该混合优化算法的有效性。     

基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--二层优化与求解方法

一个飞行器的气动外形,在给定的气体流动状态下将决定其气动特性,而这些气动特性又和变轨的优化解密切相关,这是考虑了热载荷、峰值过载和飞行的机动性等限制.因此构成一个二层优化问题;气动外形优选(上层问题)和变轨优化(下层问题).通过定义一个最优值函数,可以把二层优化问题转换成单层的数学规划,通常这是非凸的和非线性的问题,且难于求解,然而基于智能优化的现代优化方法,将为这类复杂问题提供可解的途径.最后,给出一个变气动外形飞行器的变轨优化的框图和求解步骤.     

最小动压约束下的全程轨迹优化设计方法

针对在包括最小动压约束在内的多约束飞行条件下的机动飞行器轨迹优化问题,建立了利用hp自适应伪谱法的飞行器轨迹优化问题求解方法。仿真分析了在无动力飞行时,最小动压约束对各状态变量的影响以及在最小动压约束下,不同分离点参数对飞行轨迹产生的影响。为提高飞行器性能指标,提出一种利用伪谱法的主动段和无动力段全程轨迹联合优化设计方法。仿真结果表明,相较于分段优化,该方法能够提高飞行器最大射程。     

基于遗传算法和最大最小方法的鲁棒最优弹道设计

给出了一种鲁棒最优弹道的设计方法,通过将遗传算法和最大最小优化方法有机结合,对导弹全程弹道参数进行优化,保证所设计的弹道具有全局最优性和较强的抗干扰能力,即鲁棒性;给出了鲁棒最优弹道的详细设计步骤,以近程寻的反坦克导弹为例,给出了弹道优化数学模型.设计和仿真结果表明,该鲁棒最优弹道设计方法是准确、有效的.鲁棒最优弹道使近程寻的导弹能在武器系统约束条件下和扰动作用下,以最大着角命中目标.     

升力式航天器再入最优轨迹研究

从无量纲飞行器质点运动方程出发，引入了能量参数对运动方程进行推导，使得运动方程和优化问题易于处理．通过将气动力假设为能量参数的分段连续线性函数。并且采用Runge-Kutta数值计算方法，将轨迹优化问题转化为多维非线性规划问题．应用广义乘子法对其进行数值求解．针对给定不同最大航迹角的2种情况，获得了总加热量最小，满足终端要求以及过载、动压、热流约束的最优轨迹，分析了返回最优轨迹的特点。     

高超声速临近空间飞行器铰链力矩最小俯冲弹道设计

为解决高超声速临近空间飞行器俯冲段铰链力矩过大问题,给出了一种降低铰链力矩的俯冲弹道设计方法.在建立俯冲弹道优化模型的基础上,利用Gauss伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,进而将其作为极大极小优化问题采用序列二次规划方法进行求解,其中优化的初值由按照最优导引方式生成的初始弹道获得.在普通台式机上耗时约2min,获得的优化弹道铰链力矩峰值下降达67%,并且各种约束条件均可满足,采用美国GAV-H飞行器总体和气动参数进行了铰链力矩最小俯冲弹道仿真,分析了最优俯冲起点的选取策略,结果表明,该铰链力矩最小俯冲弹道设计方法具有可行性.     

SQP方法在最优中制导律中的应用

针对传统动态优化算法计算效率低的缺点,引入了序列二次规划(SQP)优化算法.介绍了SQP算法的理论基础,把动态优化问题转换成SQP可以应用的静态参数优化问题,针对飞行器中段制导这一具体实例进行了数字仿真.仿真过程表明,SQP可以高效地求解最优中制导律问题,与其它优化算法相比具有灵活性,工程上具有一定的应用价值.     

一种连续波系统测速时间误差的自适应修正方法

提出一种针对连续波测量系统测速数据时间不对齐误差的自适应修正方法.在多源信息融合处理解算飞行器轨迹时,将连续波测速数据的时间误差作为待估参数求解.建立飞行器轨迹参数和时间误差的联合求解模型,采用分步优化法给出飞行器轨迹参数和连续波系统中各单台设备的时间误差估计值.实验结果表明:测速数据修正后,匹配程度明显优于修正前,飞行器轨迹参数的计算精度得到显著提高.     

高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计

建立了升力体再入滑翔飞行器的气动模型和多约束模型。多约束模型除了包括热流密度、气动过载、动压和终端约束等典型约束外,还建立了更符合实际任务的路径点和禁飞区约束模型,并利用路径点、禁飞区和终端约束划分弹道,在各段分别使用高斯伪谱法进行弹道求解,将多段多约束的最优控制问题转换为非线性规划问题。改进的准平衡滑翔条件保证了弹道平缓。最后通过Matlab仿真计算验证了所用分段高斯伪谱法规划弹道比传统的高斯伪谱法具有更精确的优化结果和更高的优化效率。     

基于Radau伪谱法的制导炸弹最优滑翔弹道研究

基于Radau伪谱法求解最优控制问题的原理,研究了滑翔型制导炸弹的最大射程优化问题。对制导炸弹动力学模型进行了无量纲化处理,结合极小值原理推导了最优控制轨迹的解析解和一阶必要性条件,采用Radau伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,基于协态映射原理给出了数值解的最优性验证方法。仿真结果表明,Radau伪谱法能够提供具有工程应用价值的最优解,与常规的最大升阻比滑翔弹道相比,优化后的弹道射程增加10%以上。     

简化弹道设计方法在运载火箭型号论证中的应用

针对运载火箭构型不确定、目标轨道多、最优化设计工作量大的问题,提出了一种简化弹道设计方法。通过简化动力学方程及设计变量,将构型不确定且难以建模的非线性规划问题转变为适用于多种构型且方便寻优的简化弹道设计方法。对运载火箭执行不同的目标轨道任务进行了分析,将所有的任务按照有无滑行段进行了分类,提出了针对不同任务的弹道拼接方法。采用该简化弹道设计方法对CZ-3B和Falcon9 2种不同构型的火箭实际飞行曲线进行拟合,验证了简化弹道设计方法的正确性。     

地理约束下远程滑翔导弹弹道优化

分析了远程滑翔导弹地理约束的形成,建立了三自由度弹道模型、气动模型与气动热模型.在考虑地理等实际约束下,建立了多阶段多约束弹道优化模型.利用直接打靶法将此最优控制模型转化为非线性规划问题,并采用序列二次规划算法进行解算.结果表明,研究方法适合于解决考虑地理等约束的远程滑翔导弹弹道问题,所得的最优弹道更有利于满足实际作战需求.     

一种超音速火箭靶弹程序角优化方法研究

针对方案制导超音速火箭靶弹平飞段供靶性能优化问题,提出了一种俯仰程序角优化方法。考虑靶弹弹道始末端点约束及平飞段性能约束,在火箭靶弹纵向飞行平面内建立起俯仰程序角优化设计模型。基于Gauss伪谱法将飞行过程约束转化成对俯仰程序角的约束,将最优控制问题转换为对俯仰程序角的非线性规划问题;利用序列二次规划算法求解。仿真结果表明,该方法能够快速获取最优俯仰程序角,并且具有良好的鲁棒性,为实际工程设计提供参考。     

基于导航点改进Gauss伪谱法规划滑翔导弹航迹

为了研究滑翔导弹的航迹规划问题,利用优化理论,规划了多约束条件下导航点之间的航迹。基于导航点位置改进Gauss伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM),利用改进GPM离散控制变量和状态变量,将最优控制问题转化为非线性规划问题,利用改进序列二次规划算法求解。GPM求解分段航迹规划问题,需要迭代获取下段航迹的飞行时间,降低了算法效率。改进GPM能够有效弥补单纯以时间为自变量带来的诸多规划中的不足,具有更为宽泛的优化目标适应能力。算例结果表明,改进后的算法能够准确、高效地规划一条合理的航迹,满足飞行约束条件。     

基于动态规划的导弹装备可靠性优化方法

可靠性是导弹武器装备重要战术技术指标,导弹武器装备的可靠性优化能够起到节约研制成本、提高装备性能的作用,对导弹武器装备的研制工作具有重要意义。针对费用和质量约束下的导弹装备可靠性优化问题,建立了通用的可靠性优化数学模型,并采用动态规划方法进行求解。通过对某型导弹前舱可靠性设计的优化分析,验证了方法的有效性,同时表明建立的数学模型能够解决部件费用、质量与备用元件数不成正比关系的系统可靠性优化问题,因此具有更广泛的适用性。