基于SQP法的助推-滑翔导弹助推段弹道优化研究

轨迹优化是飞行器总体优化设计中的重要组成部分,它贯穿于飞行器的整个设计过程。高超声速助推-滑翔导弹的弹道优化问题涉及攻角、法向过载、最大动压等多种约束条件,是一种复杂的最优控制问题。序列二次规划法（SQP）是解决该类问题行之有效的数值优化方法。本文利用SQP算法对助推-滑翔导弹助推段进行弹道优化,为这一高超声速飞行器的整体结构设计提供了有益的参考。     

机动发射条件下助推滑翔导弹射击诸元快速解算

针对机动发射条件下助推滑翔导弹对全程弹道快速生成的迫切需求,在弹道设计中选取7个关键性控制量参数作为全程弹道射击诸元,并提出与之相对应的诸元解算算法。将全程弹道分为助推段、初始下降段、滑翔段和俯冲攻击段,在统一化运动模型描述的基础上,运用参数化迭代的思路,依次对不同飞行阶段诸元进行了快速求解,满足多种复杂约束条件。在全程诸元迭代解算模式的基础上,提出助推段沿用中心弹道诸元,仅对其他射击诸元进行重计算的部分诸元迭代解算模式。仿真结果表明:采用所提助推滑翔导弹射击诸元快速解算方法,可在大范围机动条件下对远距离地面固定目标进行快速精确打击。     

助推-滑翔飞行器弹道分段优化研究

通过数值计算得到了升力体飞行器的气动参数,利用Radau伪谱法将助推-滑翔飞行器弹道优化问题转化为非线性规划问题,分别对主动段和滑翔段进行优化,通过仿真得到了飞行器从助推到滑翔的完整弹道,分析了主动段性能指标对飞行器最大射程的影响。研究结果表明,采用主动段关机点速度最大为性能指标的优化方案,其射程最大,且实现难度适中。     

助推-滑翔飞行器弹道最优控制研究

从多阶段多约束最优控制的角度对助推-滑翔飞行器弹道最优控制问题进行研究。首先建立了无量纲化的弹道动力学方程组并提炼出总体设计参数;其次使用Radau伪谱方法将多约束的弹道最优控制问题转化为非线性规划问题,通过引入连接点概念处理多阶段不连续问题,并采用序列二次规划方法进行求解;最后通过数值算例验证了方法的实用性和有效性。数值优化算例表明,通过多阶段Radau伪谱方法可较好处理助推-滑翔飞行器全射程最优问题,所得计算结果与理论最优解一致。     

滑翔飞行器多目标弹道优化的进化-配点混合求解策略

针对高超声速滑翔飞行器弹道多目标优化问题,综合考虑计算效率和精度,结合分解进化算法与配点法提出一种混合求解策略。根据滑翔飞行器动力学模型和弹道设计中需要考虑的约束条件,建立飞行器多目标弹道优化模型。利用控制量离散化方法将多目标弹道优化问题转化为带约束的多目标参数优化问题,并采用罚函数法处理约束条件,随后利用分解多目标进化算法进行求解。为了提高弹道优化的精度,将椭球聚合法与配点法相结合,以多目标进化算法得到的Pareto解作为初始解进行迭代求解。通过典型的复杂约束多目标弹道优化的算例表明,所提出的混合求解策略能够获得满足复杂约束要求的Pareto最优解集,实现有效的多目标弹道优化。     

助推—滑翔式导弹中段弹道方案的初步分析

建立了助推—滑翔式弹道中段的无量纲运动方程。采用非线性规划方法实现弹道优化。首先求解不同初始速度、速度倾角和最大升阻比的最大射程弹道,然后考虑驻点热流、过载约束,求解总气动加热最小和射程最大的最优弹道。基于前者的计算结果分析了初始条件对最大射程弹道的影响。将考虑约束的再入滑翔弹道与弹道式再入的特征参数比较,表明再入滑翔弹道的峰值热流较小,而总气动加热增加,但再入滑翔飞行时间在一般锥形体再入机动飞行器的热防护系统可承受的时间范围内。     

助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化研究

以助推-滑翔飞行器为研究对象,开展多学科设计优化在其总体设计过程中的应用研究。首先对助推-滑翔飞行器进行多学科设计优化任务分析、多学科建模,并建立了助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化模型;其次对助推-滑翔飞行器总体设计学科间耦合特点进行分析,在此基础上提出了基于最优灵敏度方法的两层系统集成优化策略;最后通过数值优化算例验证了方法的有效性。优化结果表明,该方法具有较好的收敛速度,且使满载起飞质量减少9%,为高性能飞行器总体设计提供新的设计思路。     

基于自适应遗传算法的弹道性能优化设计

在以往分阶段优化导弹弹道研究的基础之上,通过对整个弹道的导弹指令程序角和飞行时序进行设计,使得导弹在三级分离时,海拔高度更低,航程更远。首先对导弹进行了动力学建模,随后对优化问题的优化变量、目标函数、约束条件进行了设计,最后采用自适应遗传算法对导弹弹道优化问题进行仿真求解,结果表明,采用该算法的优化设计弹道海拔更低、射程更远、性能更好。     

远程火箭弹滑翔增程技术研究

基于火箭弹滑翔增程技术中采用的控制导弹法向过载和保持升阻比最优的2种滑翔控制方案,建立了滑翔弹道模型,分析了2种不同控制方案的约束条件,并进行了全弹道仿真,计算了不同下滑点对弹道增程的影响,为增程弹道控制方案的选择提供了依据.     

滑翔导弹再入拉起段弹道优化设计与制导

对滑翔导弹再入弹道进行了分段,根据再入拉起段的特性建立了弹道优化设计模型,认为导弹在再入拉起段弹道终点时应处于纵向力平衡状态,使用Gauss伪谱法进行了再入拉起段的能量最优弹道优化计算;利用基于伪谱法优化的弹道在线生成,实时产生控制指令,实现了再入拉起段的闭环弹道控制.仿真结果表明,Gauss伪谱法弹道优化具有精度高、计算时间短等特点,闭环弹道控制能较好地消除风、再入参数偏差等干扰的影响,具有应用于在线制导的潜力.     

纯方位系统定位与跟踪的本载体最优轨线方程及其最优轨线

给出了纯方位系统在目标任意变速变向运动或不动情况下,目标定位与跟踪中的本载体确定性控制最优和次优轨线方程以及其最优轨线。这一结果是完全用解析方法得到的。     

自由飞行段弹道估计方法

主要研究空间预警系统利用星载红外传感器的视线测量估计弹道导弹自由飞行段弹道的问题。针对目标运动的弱可观测性 ,提出了位置与速度依次滤波的改进Gauss -Newton方法 ,解决了自由段弹道的最大似然估计问题 ,利用MonteCarlo仿真实验验证了估计方法的有效性 ,并对估计误差进行了分析。     

高超声速滑翔式再入飞行器最大航程飞行轨迹分析

针对航程最大的再入问题,研究了高超声速滑翔式再入飞行器的飞行轨迹特性.使用Legendre伪谱法进行轨迹优化,得到最优轨迹.分析了路径约束对轨迹的影响,以及在路径约束下控制量对飞行轨迹的影响.根据控制量的取值规律,提出一种升力系数的分段直线取值模型.数字仿真表明,通过该模型得到的飞行轨迹与最优轨迹类似,且航程相差很小,可以作为一种使航程最大的轨迹控制方法.     

基于Simulink的质点外弹道模型仿真

介绍了基于Simulink的质点外道模型的设计与仿真方法。首先给出了地面直角坐标系下的弹丸质心运动方程组,然后介绍如何采用Simulink建立系统的仿真模型并进行仿真计算。仿真方法具有模型设计过程简单、修改容易和结果直观等特点,可以应用到刚体弹道、火箭弹道及控制弹道等模型的仿真。     

某型鱼雷尾追式弹道设计与仿真

主要介绍了基于MATLAB/Simulink和Delphi两种途径的鱼雷尾追式弹道的设计与仿真方法.首先给出鱼雷导引系统的数学模型,然后介绍如何应用Simulink建立系统的仿真模型并进行仿真计算,并使用Delphi语言进行了仿真,最后给出相应的仿真结果和分析.Simulink的仿真方法克服了其他传统编程语言如Delphi仿真时繁杂、难度高、周期长的缺点,使动态系统的仿真变得容易、直观、迅捷.     

弹道修正技术的地面测量系统组成及误差分析

弹道修正是一种能够更加精确有效打击目标的技术,具有很大的发展空间.首先阐明了弹道修正技术的修正原理和组成,然后构建了弹道修正技术的地面弹道测量系统,即采用双CCD作为传感器跟踪炮弹,采用交汇方法测量弹道的轨迹,并论述了弹道测量系统的工作原理.同时,也重点对双CCD跟踪测量系统进行误差分析,为优化配置双CCD提供了技术途径.     

攻击型无人机巡弋搜索航路优化设计与仿真

为改进攻击型无人机待机段的飞行搜索性能,应用以最大值原理为基础的最优搜索理论对无人机待机搜索路线进行研究,得出光栅式、螺旋式和扫雪式三种搜索路线,并通过计算机仿真与传统的8字式搜索方式进行了比较.仿真结果表明,优化设计结果是合理的,证实了其有效性和可行性.     

滑翔增程弹飞行弹道

增程技术是弹箭技术重点发展方向之一,而滑翔增程是目前采用的较为有效的一种弹箭增程技术.阐述了滑翔增程弹的飞行过程,建立了滑翔弹的方案弹道模型和控制方程,对其飞行弹道特性进行了分析.仿真计算表明,滑翔弹道与常规弹道在升弧段上是一致的,而在降弧段上则出现了较大的差别;弹丸飞行速度沿全弹道的变化规律和最大射程角出现新变化;控制弹道很好地逼近了方案弹道,说明其控制方法是可行的,对滑翔增程弹的研制有一定的参考意义.     

载人登月自由返回轨道与Hybrid轨道设计方法

对自由返回轨道与Hybrid轨道的设计方法进行了研究。应用分段受摄的高精度动力学模型,设计了搜索变量、约束条件与微分修正搜索算法,搜索得到了自由返回轨道标称轨道,并使用STK软件对其进行了验证与三维仿真,最后对误差传递情况进行了分析。Hybrid轨道由自由返回与非自由返回轨道组合而成,文中给出了一条典型的Hybrid轨道设计过程,并对其优缺点进行了简要分析。文章所述方法与结论可应用于载人登月任务轨道设计,也可应用于嫦娥后期工程和搭载发射的微型月球探测器的轨道设计。