一种改进的基于最大熵理论的 多属性决策的鱼雷弹道优选方法

鱼雷弹道方案优选是鱼雷作战使用的关键环节。在分析目前主观法和客观法优劣的基础上,提出了一种改进的基于最大熵理论的多属性决策方法的鱼雷弹道方案优选方法。通过实例仿真分析,得到限定条件下的优选方案,为鱼雷弹道方案论证提供了一种决策方法。     

遗传算法在弹道数据融合中的应用

目前靶场采用全测元融合滤波的方式确定目标飞行器弹道,为测控设备提供引导信息并为安全决策和指挥显示提供数据支持。随着靶场测控设备种类和数量越来越丰富,而新的试验任务又对实时弹道融合解算精度提出了更高的要求,全测元融合处理能否提供高精度的融合弹道和快速地从海量融合方案中寻找最优的方案是弹道测量数据融合急需解决的问题。本文提出了基于遗传算法的最优融合方案选择方法,利用该方法得到的融合弹道精度优于全测元融合方案,仿真结果表明了方法的有效性。     

高超声速滑翔-巡航飞行器方案弹道设计

以射程为指标,研究了最优滑翔方案、最大升阻比滑翔方案等方案弹道,给出了滑翔段方案的确定原则;设计了程序转弯下压及高精度定高控制圆弧拉升的下压弹道段方案;针对巡航段的作战需求,重点设计了高精度稳态巡航方案。三自由度弹道的仿真结果表明,各项性能指标均满足飞行任务的要求,从而验证了所设计的方案的合理性。     

不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化

滑翔制导炮弹因体积和成本所限存在控制能力有限的问题,有必要对其方案弹道加以合理的设计,为此提出一种不确定飞行环境下的弹道优化方法以降低方案弹道对各类随机干扰的敏感度。建立了模型偏差、滑翔启控点参数偏差、气动参数偏差及气象偏差等不确定性因素的数学模型,推导出计及随机干扰的滑翔弹动力学系统雅可比矩阵的解析表达式,利用线性协方差分析法,得到了系统误差传播方程,进而建立了不确定飞行环境下的弹道优化模型。利用Chebyshev伪谱法将弹道优化问题转换为非线性规划问题,在此基础上采用内点算法(Ipopt)获得了方案弹道的最优解。仿真结果表明,与不考虑不确定因素的设计方法相比,采用本文方法设计出的方案弹道,纵向和侧向位移散布方差明显减小,显示出对随机干扰更好的抑制效果。     

多目标综合测量系统的三种弹道计算方法

给出了多目标综合测量系统的三种弹道计算方法：解析算法、逐点最小二乘算法和样长约束弹道的EMBET方法，并比较了它们的弹道计算机精度。这三种算法不仅提供了各种可能情况下的弹道计算备选方案，而且形成了一个独立完整的精度逐步提高的弹道计算流程。     

空地导弹弹道增程方案设计

针对空地导弹直线对准弹道方案,采用优化初始航迹角的方法得到满足终端速度约束的弹道;最大射程飞行方案采用控制迎角的方法使航程最大,采用多项式样条插值的方法来估计迎角变化规律,用遗传算法优化采样点的参数,得到了满足终端速度约束的最大射程。通过算例对比可知,最大射程飞行方案的射程比直线对准飞行方案提高了三倍多。研究结果对空地导弹的标准弹道设计有一定的参考价值。     

全测速多站系统的最优布站问题与数值算法

从解算弹道的逐点多站最小二乘算法得到的弹道精度出发,给出了一个全测速多站系统的最优布站数学模型,并通过大量试算选定了具有良好收敛性的数值算法.初步的计算表明：对全测速多站系统,其最优布站方案与现有布站方案在弹道精度上有着显著的差别;在最优布站方案下可确保逐点多站最小二乘算法具有良好的数值稳定性,并得到满足精度要求的外测弹道.     

助推 -滑翔导弹跳跃弹道优化技术

满足约束条件下的弹道优化技术能有效提高助推 -滑翔导弹的生存能力和毁伤能力。在充分消化吸收现有弹道优化方法的基础上,提出了一种直接打靶法与序列二次规划相结合的弹道优化思路,具体设计了按时间进行离散化、按距离进行离散化和函数逼近 3种方案,并通过全弹道仿真对所设计方案进行了对比研究,验证了设计方法的有效性。     

固体运载器发动机内弹道设计方法

为研究对固体运载器总体性能提升有利的发动机内弹道设计方法,建立了发动机内弹道计算模型,并选取两个燃面设计参数表征内弹道曲线构型。针对某三级固体运载器进行了仿真分析,分别以发动机冲质比最大及运载器射程最大为目标对发动机的内弹道曲线构型进行优化设计,并对这两种设计方法进行对比研究。研究结果表明,发动机性能最优并不一定会实现运载器总体性能最优,以运载器射程最大为目标,对发动机内弹道曲线构型进行优化设计,可显著提高运载器总体性能。研究成果可应用于固体运载器总体方案初步论证阶段,提升固体运载器的性能水平及方案论证效率,使固体运载器总体设计方案更具时效性和竞争性。     

基于测量方案的光电经纬仪布站优化模型

高精度实时外测数据是实施安全控制和数字引导的重要信息源,而布站几何对外测系统的精度有重要影响。为提高光电经纬仪的实时弹道解算精度,本文提出一种基于测量方案的布站优化模型。通过直接建立实时测量方案和布站模型之间的关系,提高实时测量精度和减小方案间的精度差异。采用高效的多目标寻优算法获得了最佳布站方案。常规布站优化模型结果比较,该优化模型的实用性强,能够显著提高实时弹道的解算精度。     

Direct dynamic-simulation approach to trajectory optimization

This paper proposes a new direct method for an efficient trajectory optimization using the point that the dynamics of a deterministic system are uniquely determined by initial states and controls imposed over the time horizon of interest. To effectively implement this concept, the Hermite spline is adopted to interpolate the continuous controls and the system dynamics are integrated with corresponding control parameters in prior. As a result, the optimal control problem can be transcribed into a nonlinear programming problem which has no dynamic equality constraints and no intermediate states in its design variables. In addition, the paper proposes an efficient recursive Jacobian estimation technique and introduces a Jacobian transformation matrix to straightforwardly handle the general state constraints. Important properties of the present method are thoroughly investigated through its applications to the trajectory optimization for a soft lunar landing from a parking orbit, including the detailed analyses for the de-orbiting phase. The computed results are compared with those using the pseudo-spectral method to demonstrate an extreme outperformance of the proposed method in the aerospace applications over the traditional direct method.     

一种新型鱼雷模拟试验的探讨

介绍了一种基于最大熵试验法的全弹道仿真模拟鱼雷试验方法。通过对最大熵试验法、鱼雷全弹道二次建模和两者结合所得到的新型鱼雷模拟水下试验的方法的介绍,得出了这种新型鱼雷模拟试验与传统方法相比的特点和优点。     

基于Radau伪谱方法的轨迹优化

研究了导弹在末制导阶段满足多约束条件下的轨迹优化问题。针对传统方法在处理复杂的非线性运动学、动力学约束上存在的困难,提出了一种基于Radau伪谱方法(RPM)的求解策略。首先,给出了考虑导弹速度和空气密度变化、终端和过程约束条件以及2种不同的性能指标函数的最优轨迹优化问题;其次,利用RPM将轨迹优化问题转化为非线性规划问题,采用序列二次规划算法求得最优解;最后,分2种初始条件对最大落角和最大终端速度的轨迹优化问题进行了仿真验证,结果表明:本文方法能够在较短的时间内生成一条满足多种约束要求的高精度的最优轨迹。     

基于周期平均的固定翼双旋弹弹道修正方法

针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹,提出了一种平均控制力大小可调节的弹道修正方法,并据此设计了该弹的制导与控制方法。根据固定翼双旋弹的高速旋转特性,在对其角运动方程进行简化后进行角运动分析,得到了弹体的合法向力与固定鸭舵偏转角度之间的关系,然后基于周期平均的概念提出了一种弹道修正组件以不同转速、不同振幅旋转以产生大小可控平均法向力的弹道修正方法,并通过六自由度弹道仿真验证了此方法的可行性。分析结果表明,相比于弹道修正组件固定的传统弹道修正方法,这种新型的弹道修正方法可以通过连续地控制平均法向力的大小和方向,实现固定翼双旋弹的制导与控制,消除弹道偏差,提高命中精度。     

基于最优样条节点的导弹主动段弹道估计方法

拟合导弹主动段弹道并估计其弹道参数是天基红外系统(SBIRS)的重要任务之一。首先采用三次样条函数对导弹主动段弹道进行描述,并建立主动段弹道的运动模型和测量模型;其次采用最大似然估计方法将导弹弹道估计问题转化为非线性最小二乘准则下的样条系数和样条节点分布最优估计问题;最后利用投影定理将样条系数估计和样条节点分布估计分离开来,并通过迭代逼近给出了最优样条节点数的确定方法。仿真实验结果表明,所提方法不仅对主动段弹道的拟合精度高,而且还减少了待估参数的数目,简化了求解过程,可在无先验信息条件下较好地解决导弹主动段弹道的估计问题。     

空天飞行器弹道/轨道一体化设计

弹道/轨道一体化设计是解决空天飞行器发射入轨和轨道转移问题的一种全新思路。针对目前存在的空天飞行器弹道/轨道一体化设计问题,通过改进非开普勒轨道方程的方法建立飞行器在连续推力、气动力、引力以及摄动力等多种力作用下的弹道/轨道一体化设计动力学模型;提出基于轨道设计反方法的弹道/轨道一体化设计方法。其创新点主要体现在：通过整合连续推力、气动力、引力以及摄动力等多种作用力达到了统一弹道/轨道模型的目的;提出了基于傅里叶级数形状方法的轨道设计方法,该方法相比于之前的逆多项式法,可以处理带推力约束的轨道设计问题;由于在弹道段采用类似于轨道设计反方法的设计思想设计弹道,使得弹道和轨道两段轨迹的设计方法也达到了统一,致使从模型和设计方法的角度都体现了弹道/轨道设计的统一性,解决了传统分段设计方法是在不同段采用不同的模型和方法,很难体现出一体化设计思想的问题。仿真分析表明本文提出的弹道/轨道一体化设计方法是可行和有效的。     

有动力空间再入打击飞行器航迹优化

提出了有动力再入打击飞行器的航迹优化方法。基于标准的大气模型、数值的气动模型,考虑地球自转效应,建立了有动力再入打击飞行器的航迹优化模型。将再入航迹分为助推加速段和无动力滑翔段分别优化,从而得到优化航迹。算例表明,该方法得到的航程比最大升阻比航迹增加7.3%。因此,该方法用于有动力再入航迹的优化是有效的、可行的。     

舰空导弹协同制导交接班形势判断

根据垂直发射舰空导弹的弹道特性和制导特性,将舰空导弹的弹道分为无控段、转弯段和制导段,分别建立各段弹道的解算模型。在此基础上,给出了舰空导弹协同制导作战条件下交班点位置以及到达交班点剩余时间的计算方法。仿真结果验证了所建立的运动学弹道模型以及交接班形势判断方法的正确性与适应性。     

非合作目标交会的双层MPC全局轨迹规划控制

针对空间非合作目标近距离视线交会中的全局最优鲁棒轨迹规划与控制问题,提出了基于高斯伪谱方法（GPM）和线性时变模型预测控制（LTVMPC）的双层模型预测控制（MPC）算法。在轨迹规划方面,以视线坐标系下的相对轨道动力学为模型、能量最少和控制精度最优为性能指标构建最优控制问题,利用GPM精度高、收敛速度快的特点将最优控制问题转化为易于求解的全局非线性规划问题,在MPC框架下求解得到全局最优的标称轨迹,克服了传统的MPC不适用于全局大范围非线性规划的缺点;在轨迹跟踪控制方面,考虑预测时域内状态转移矩阵的时变特性,设计了LTVMPC算法对标称轨迹进行追踪,避免了存在不确定性时轨迹的重规划,从而降低在线计算量,保证算法在线自主实施,并且采用滚动优化的策略使算法对不确定性具有鲁棒性。由于规划层和控制层考虑的约束相同,因此规划的轨迹是可控、可达的。数字仿真表明,在燃料消耗和交会时间等方面,提出的方法均显著优于传统的MPC方法,相较于传统的MPC方法,新算法的交会时间减少50%左右,燃料消耗降低30%以上。     

基于改进粒子群算法辨识Volterra级数的目标机动轨迹预测

目标机动轨迹预测是空战态势感知和目标威胁评估的重要前提。针对传统目标机动轨迹预测模型复杂度大、预测精度低等问题，结合目标机动轨迹时间序列的混沌特性，提出一种基于相空间重构理论和Volterra泛函级数的目标机动轨迹预测模型。该模型首先采用0-1检测法验证了目标机动轨迹时间序列具有混沌特性；其次，利用C-C法确定嵌入维数和时间延迟，对目标机动轨迹时间序列进行了相空间重构；然后，引入Volterra泛函级数预测模型，为了克服高阶Volterra核函数求解复杂的难题，提出一种混沌变异自适应粒子群算法，构建一种基于改进粒子群算法辨识的Volterra级数预测模型，并将其应用于目标机动轨迹预测；最后，将所提算法与卡尔曼滤波算法以及机器学习算法进行单步和多步预测对比，同时将改进粒子群算法与其他智能算法进行性能比较。仿真结果表明：所提预测模型具有良好的单步和多步预测性能，改进的粒子群算法具有参数辨识精度高、收敛速度快的优点。