[發明專利]強約束復雜任務條件下的三維剖面優化設計方法、系統及介質

在審

• 申請號: 201910629514.6
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110750850A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 張遠龍;謝愈;彭雙春;潘亮;范錦秀
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 43008 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 譚武藝

1.一種強約束復雜任務條件下的三維剖面優化設計方法，其特征在于實施步驟包括：

1)綜合考慮多種約束條件，構建滿足給定高度剖面約束的側向升阻比走廊邊界；

2)初始化側向剖面參數，并利用側向升阻比走廊邊界進行歸一化得到初始化側向剖面；

3)根據給定高度剖面和初始化側向剖面解算參考彈道；

4)建立考慮復雜多約束的非線性規劃模型，基于參考彈道進行求解得到強約束復雜任務條件下的三維剖面。

2.根據權利要求1所述的強約束復雜任務條件下的三維剖面優化設計方法，其特征在于，步驟4)的詳細步驟包括：

4.1)輸入強高度剖面約束、復雜飛行任務，提取需要參數信息，包括：參考高度剖面、初始終端狀態條件以及過程約束；

4.2)設計側向剖面的初值生成器，對側向剖面參數進行初始化產生初始側向剖面；

4.3)根據給定的高度剖面約束和初始側向剖面，求解縱向剖面獲得參考三維剖面；

4.4)判定解算得到的參考三維剖面是否滿足給定的約束要求，滿足則跳轉執行下一步；否則，檢查約束條件和聯系方程是否合理，調整側向剖面或相應的約束條件重新跳轉執行步驟4.2)直至產生的三維剖面滿足約束要求；

4.5)建立融入航路點、禁飛區以及目標點的混合性能指標，聯立三維剖面和相關約束條件形成非線性彈道規劃的數學求解模型；

4.6)利用非線性序列二次規劃算法求解非線性彈道規劃的數學求解模型，并輸出求解得到的參考彈道；

4.7)判斷求解得到的參考彈道是否滿足任務要求，若滿足任務要求，則輸出參考彈道；否則通過非線性規劃求解器自動調整剖面參數，返回4.2)繼續進行迭代計算，直到求解得到的參考彈道滿足任務要求。

3.根據權利要求2所述的強約束復雜任務條件下的三維剖面優化設計方法，其特征在于，步驟4.2)的詳細步驟包括：

4.2.1)根據飛行任務，判定初終端符號；根據確定的初終端符號，建立相應的側向和縱向走廊邊界；

4.2.2)假定從滑翔起點到終點間的飛行路徑為理想大圓弧，則根據式(4-1)所示球面幾何三角變換可求得需要的總飛行航程S_togo；

s_togo＝cos^-1(sinφ_fsinφ+cosφ_fcosφcos(λ_f-λ)) (4-1)

式(4-1)中，φ_f表示目標點地心緯度，φ表示飛行器當前地心緯度，λ表示飛行器當前經度，λ_f表示目標點經度；

4.2.3)記阻力加速度走廊的最大最小邊界分別為D_conmax和D_conmin，根據式(4-2)確定給定初始阻力加速度剖面權重系數ω_D時對應的阻力加速度剖面D(e)；

D(e)＝ω_D(D_conmax(e)-D_conmin(e))+D_conmin(e) (4-2)

式(4-2)中，D(e)為給定初始阻力加速度剖面權重系數ω_D時對應的阻力加速度剖面，為，D_conmax(e)和D_conmin(e)分別為加速度走廊的最大最小邊界，ω_D為給定初始阻力加速度剖面權重系數；

4.2.4)為了快速求出式(4-2)對應的剖面航程，將式(4-2)進行在積分區間內離散，并假設各個剖面點之間采用線性連接，求得此時相鄰兩點間對應的阻力加速度剖面系數如式(4-3)所示；

式(4-3)中，a_D(i)表示第i點到第(i+1)點間直線連接的阻力加速度剖面斜率，b_D(i)表示第i點到第(i+1)點間直線連接的阻力加速度剖面常數項，D(i+1)表示第(i+1)點的阻力加速度，D(i)第i點的表示阻力加速度，e(i+1)表示第(i+1)點的歸一化能量值，e(i)表示第i點的歸一化能量值；

4.2.5)記各阻力加速度點間對應的剖面航程為S_D(i)，則可求得剖面對應的總航程S_T如式(4-4)所示；

式(4-4)中，N_int表示離散點數目，S_D(i)表示從第i點到第(i+1)點對應的剖面航程，a_D(i)表示第i點到第(i+1)點間直線連接的阻力加速度剖面斜率，b_D(i)表示第i點到第(i+1)點間直線連接的阻力加速度剖面常數項，e(i+1)表示第(i+1)點的歸一化能量值，e(i)表示第i點的歸一化能量值；

4.2.6)迭代給定初始阻力加速度剖面權重系數ω_D，當剖面對應的總航程S_T、總飛行航程S_togo成立時即找到初始阻力加速度剖面；

4.2.7)利用側向走廊大小邊界，通過插值獲得對應的側向剖面大小；根據初始判定的初終端符號對側向剖面的符號進行調整，初始正、終端負時將求得的側向指令大小剖面最小值點為邊界，且按照初始正、終端負確定側向剖面的符號；然后再從找到的初始剖面中反求出需要的初始迭代點，并進行歸一化，從而得到需要的初值迭代點，產生初始側向剖面。