[發明專利]一種考慮高度表使用約束的俯沖彈道優化方法

有效

• 申請號: 202210685248.0
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115047767B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王珣子
• 申請（專利權）人: 北京中科飛鴻科技股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 趙萬凱

本發明公開了一種考慮高度表使用約束的俯沖彈道優化方法，主要包括高度剖面設計模塊、高度剖面計算模塊、彈道優化計算模塊。其中：高度剖面設計模塊與高度剖面計算模塊相連，用于構建關于高度?剩余航程的函數關系，提取關鍵設計變量。高度剖面計算模塊與彈道優化計算模塊相連，用于根據給定的初始條件、終端條件以及設計參數計算多項式系數，并實時生成法向控制加速度。與現有彈道優化方法相比，本發明能夠更多的考慮了導彈高度方向上的速度、加速度以及更高階導數約束，在滿足落點(角)約束的同時更好的應用低成本高度表的測量信息，同時提出一種改進群行為優化算法求解多約束最優俯沖彈道。

技術領域

本發明屬于導彈武器彈道優化領域，涉及一種考慮高度表使用約束的俯沖彈道優化方法。

背景技術

大落角(灌頂)攻擊是提升戰術導彈作戰效能的關鍵手段。本發明以高速機動導彈大落角俯沖段為背景，針對其飛行速度快、高度下降快、阻力減速效應強等特點，解決系統測量精度、總體設計成本和最終落點(角)間的關鍵矛盾問題。

目前，線電高度表在戰術導彈中廣泛應用；作為重要的測量模塊，高度表利用無線電波傳播時延測量飛行器的高度，但受環境干擾、地形地貌等因素的影響，在應用于導彈高速俯沖場景時可能存在信號波動大、解算延時高等問題；但其測量精度對導彈的彈道的落點(角)精度控制效果有著重要影響，因此在使用這類高度表時，為了保證測量信號的有效性，需要在滿足落點(角)約束的同時，對導彈高度方向上的速度、加速度以及更高階導數進行嚴格約束。

針對上述問題，本發明提出一種考慮高度表時延約束的俯沖彈道優化方法，與現有彈道優化方法相比，更多的考慮了導彈高度方向上的速度、加速度以及更高階導數約束，在滿足落點(角)約束的同時更好的應用低成本高度表的測量信息；同時，為了平衡計算效率和解的穩定性，提出一種改進群行為優化算法完成多約束最優俯沖彈道的求解，最終實現滿足多種約束和低成本定高裝置使用約束的最優或近優俯沖彈道的快速穩定在線生成。

目前，高度表策略精度補償方案主要有以下幾種：

方案一：引入高精度測量儀、高精度慣組、GPS/北斗導航儀等設備，但同時會顯著增加導彈武器的作戰使用成本；。

方案二：借助工程算法、試驗數據或經驗公式校正高度策略數據，但這些方法在處理高度表信號延遲時起不到很好的效果，無法滿足飛行器的高精度控制需求。

現有基于高度表的俯沖彈道優化方法存在以下缺點：

缺點一：高度通道內的約束考慮不足。定高裝置的測量和時延偏差不能適應導彈在高度上的大幅變化，在現有方法主要考慮終端位置、俯沖角度、熱環境、氣動載荷、導引頭視場等彈道設計問題中常見的約束條件，但未能對導彈的高度變化率、加速度、加加速度等指標進行嚴格約束。

缺點二：與實際工程應用結合不足。目前，低成本化、高集成度、集群化、自主化正逐漸成為導彈武器的發展方向，對算法與實際應用場景的結合提出了更高要求，例如優化算法需考慮低成本高度表在沒有高精度慣組、GPS、北斗等額外設備的條件下，如何校正定高裝置策略精度上的誤差。

傳統高度表補償方式存在成本高、結構復雜、總重大、抗擾性弱等問題，并且對測量信號時延問題考慮不足。本發明提出一種考慮高度表使用約束的俯沖彈道優化方法，與現有方法相比更多的考慮了導彈在高度方向上的速度、加速度以及更高階導數約束，實現滿足低成本定高裝置使用約束的最優或近優俯沖彈道的快速穩定在線生成。

發明內容

本發明的目的是提供一種考慮高度表使用約束的俯沖彈道優化方法，能夠解決高度表在測量高度信息時產生的時延效應，無需依賴額外的高成本測量裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

(1)導彈高速俯沖彈道設計

飛行器的動力學方程為：