THREE-DIMENSIONAL TRAJECTORY OPTIMIZATION WITH DIRECT METHOD

The principle of direct method used in optimal control problem is introduced. Details of applying this method to flight trajectory generation are presented including calculation of velocity and controls histories. And capabilities of flight and propulsion systems are considered also. Combined with digital terrain map technique, the direct method is applied to the three dimensional trajectory optimization for low altitude penetration, and simplex algorithm is used to solve the parameters in optimization. For the small number of parameters, the trajectory can be optimized in real time on board.

基于低空视觉的直升机旋翼轴心轨迹测量法

为满足直升机飞行状态旋翼轴心轨迹测量需求,提出了一种基于低空双目视觉的轴心轨迹测量方法。首先,针对高速旋转体的小量测量,基于立体视觉测量原理设计构建了以无人机为低空移动平台的旋翼轴心轨迹视觉测量系统。其次,针对动-动测量环境条件,提出了地面标定与空中动态实时标定联合的测量系统标定方法。然后,基于空间几何关系,论述了旋翼轴心静态估计与动态轨迹测量方法;最后,进行了测量系统地面精度验证试验与直升机地面开车状态的旋翼轴心轨迹测量试验。试验结果表明,该方法准确可靠,点间距离精度优于1‰,可实现轴心轨迹的非接触精确测量,还可推广应用于其他动态小量测量任务。

基于信息年龄的无人机缓存和轨迹优化算法

针对无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)辅助的内容分发系统中信息新鲜度的问题,提出了一种基于信息年龄(Age of information,AoI)的无人机缓存和轨迹优化算法,缓解了热点区域内用户请求长时间无法应答的问题。在无人机有限的缓存容量和覆盖范围内,通过优化地面用户成簇,无人机缓存策略以及轨迹,建立了所有用户获取请求内容的平均代价最小化问题。以无人机的覆盖半径作为成簇半径,采用AP(Affinity propagation)聚类算法,对地面用户进行分簇;将本文中的无人机缓存问题转化为01背包问题,采用动态规划(Dynamic programming,DP)算法进行求解;通过遗传算法(Genetic algorithm,GA)求解无人机的飞行轨迹。仿真结果表明,本文算法能够有效降低用户获得请求内容的平均代价。

飞机低空突防技术研究

近年来的战争显示,低空突防在现代战争中发挥着越来越重要的作用。介绍了飞机突防技术发展演变的过程,并且详细分析了低空飞行的飞机主要特点。最后对军用飞机进行低空突防飞行的主要相关技术,如低空突防技术、地形跟随/地形回避/威胁回避技术、航迹规划技术、轨迹跟踪技术的发展过程、重要的研究方法及主要研究成果进行了系统的总结,对其未来的发展方向作出了展望。这对低空突防的进一步研究具有一定的指导意义。

飞机低空突防航路规划系统研究

航路规划是新一代低空突防技术的关键技术之一。介绍了军用飞机航路规划的基本概念、国内外研究现状、系统的功能模型。论述了航路规划的基本要求,如导航要求、突防要求、飞行器性能要求及战略和战术要求。最后分析了航迹规划需要解决的威胁建模、威胁处理、数字地图、整体航线优化、航迹动态优化和轨迹跟踪控制等关键技术。

基于数字地图预处理的低空突防航迹规划

为保证飞行器能够实现所规划的航迹,研究了将地形及飞行器性能等信息融合构造虚拟地形表面的数字地图预处理方法,包括数据插值具体步骤和地形平滑处理方法。通过设计综合地形跟随、地形回避、威胁回避(TF/TA2)的目标函数,对最小威胁曲面进行转化,提高了实时航迹规划的速度,采用微分进化(DE)优化算法,实现了三维TF/TA2最优实时航迹规划。仿真结果表明,此地图预处理和实时航迹规划算法是有效可行的。

基于地形特征的简易地形模拟算法

通过对地形特征进行分析,阐述了地形特征与航迹规划性能指标之间的关系,在一系列基础地形模型的基础上,建立了基于地形特征的组合模拟算法,并根据实际的地形信息进行了地形模拟,实现了对样例地形轮廓的重现,可满足在无数字地图区域计算安全走廊和参考轨迹的需要。

基于低空风预测模型的救援航迹修正规划方法

针对低空救援航迹易受到侧风影响难以获得准确的航迹规划路径问题,采用数据融合方法预测低空风,修正航空器的低空规划航迹.首先,将飞行区域内的国际交换站作为观测点,通过应用基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的数值气象预报释用技术,将观测点的风速、风向记录数据与预报值进行融合,建立低空风预测模型;其次,利用该模型,校正预报数据的系统误差,得出修正的风预测值;最后,结合航空器的爬升率、巡航速度等性能参数与所经航路点的风速、风向信息,依据速度矢量合成原理,修正各航路点的过点时刻.仿真实验表明,与传统的卡尔曼滤波预测方法相比,由UKF方法预测得到的风速、风向RM_SE分别减少了12.88%与17.50%,对初始规划航迹的修正更为精确.

基于新的几何算法的多无人机多威胁航迹规划

针对多无人机超低空突防的航迹规划问题,在分析约束条件和假设下简化为水平航迹平面规划。通过证明几何最短路径定理,研究单威胁情况下考虑最小转弯半径和攻击方位角限制下的最短航迹并计算导航点。其次讨论了突发威胁情况的航迹规避与调整,考虑多威胁圆重叠情况下的导航点坐标的推导,提出了一种新的多威胁规避最短切线逆推航迹规划几何算法,最后仿真验证该算法用于求解多威胁圆航迹规划问题的合理性和有效性。

高空远程滑翔UUV低空突防段弹道运动仿真与分析

高空远程滑翔UUV技术是一种集高空滑翔与水下航行于一体的综合设计研究,低空突防段弹道是高空远程滑翔UUV弹道流程中的重要部分。通过建立高空远程滑翔UUV的六自由度数学模型,对低空突防段弹道进行了运动仿真和详细分析。采用常规等高控制方案控制飞行高度,仿真结果显示产生了掉高过大的现象,甚至在水平面以下,低空突防不能实现。为避免这种现象,选择两种方案解决这一问题,一是在突防段引入极限舵角的方式,一是修改高度控制方程。经仿真分析,两种方案均能改变掉高过大现象,且第二种方案具有较好的适用性,系统相对也较稳定。

直升机低空突防中的近程航迹规划方法

武装直升机实施低空突防时,在远程航迹规划得到的参考航迹上进行近程航迹规划来求得用于飞行的实际航迹,通过近程规划中面临的实际战场情况和机载探测、导航系统自身限制的分析,得到近程规划算法的主要限制和约束条件,并建立了快速蚁群算法和宽度优先快速搜索算法两种近程规划方法,在样例地形和威胁信息的基础上进行仿真,搜索最优航迹,计算航迹的各项指标,针对两种算法的特点进行了讨论,最后的计算结果可以作为近实时情况下的实际飞行航迹节点提供给导航系统。

基于动态基元轨迹跟踪的无人机低空突防控制

针对无人机在低空飞行中容易受到雷达锁定的稳定,提出一种基于动态基元轨迹跟踪的无人机低空突防控制算法。构建无人机低空突防的飞行运动学模型,结合非线性双曲微分方程进行无人机低空突防的基元轨迹方程建模,采用最小二自由度寻优进行突防轨迹的起始值与目标值的最优轨迹搜索,构建时滞系统作为无人机低空突防的控制对象模型,采用轨迹终点位置误差偏移纠正方法进行控制过程的轨迹修正,实现无人机低空突防过程中的动态基元轨迹跟踪。仿真结果表明,采用该方法进行无人机低空突防控制的轨迹跟踪性能较好,航迹参数的自适应调节性能较好,提高了无人机低空突防的控制鲁棒性。

拦截低慢小弹道解算方法研究与实现

为满足单兵拦截低空慢速小型无人飞行器实战中对弹道解算器的低成本、小体积、高精度的要求,设计了一种在STM32硬件平台上实现的手持弹道解算器。通过研究弹丸质心运动模型及其数值解法,提出并设计了基于STM32F407平台的提前命中目标位置的精确弹道解算方法,并完成软硬件调试。实验结果表明,设计的手持弹道解算器在精度和实时性方面能够满足单兵拦截低慢小目标作战需求。

低空目标双雷达联合定位方法研究

针对海上靶场雷达对低空、远距离小目标的测量数据中存在大量的地海杂波干扰,陆海结合试验环境复杂,大气参数难以精确测量,电波折射修正困难,多径影响较大,以及自身的开环跟踪模式等因素,导致雷达俯仰角测量误差较大的问题,在充分利用靶场雷达测量网布站特点的基础上,提出了一种利用2台雷达共有段落的方位角和斜距信息,构建双雷达联合定位模型,完成目标弹道解算的方法。实测数据与仿真数据综合测试表明,通过使用该方法可有效解决雷达俯仰角测量信息超差对整体测量结果的影响,同时提高了靶场雷测数据处理的精度和可靠性。

基于ADS-B的低空飞行航迹预测

针对低空自由飞行目标航迹预测问题,提出从战略与战术两层面综合考虑的方法。基于ADS-B监视数据TC报告,考虑目标多重状态参量偏移值,引入衰减记忆和移动窗口平滑模型综合历史信息,实现适合于低空飞行特点的飞行意图推断,规划出战略预测航迹。同时,依据一种新型跟踪监视算法,提出战术与战略预测相结合的航迹混合预测思想,预测目标未来中远期航迹。

子母型航空燃料空气炸弹子弹散布仿真研究

建立了 FAE子母弹空投过程物理模型和结构化数学模型 ,使用 Visual C++语言编写了仿真软件 ,该软件可以对各种条件下空投过程进行仿真 ,计算出子弹落点散布及子弹落地的弹道诸元 .该工作可以对子母弹参数及空投条件进行优化 ,为该武器系统设计及使用提供了一种有效分析手段 .

飞机低空突防轨迹优化研究

以歼击轰炸机为背景,根据实战要求假设作战环境和任务目标,对其在低空突防阶段的飞行轨迹、航时、油耗以及威胁概率等相关参数进行了研究分析,以期充分发挥飞机的潜在能力,提高作战效能,为实战使用和改进设计提供参考。对优化轨迹的仿真研究表明,所得出的战术飞行轨迹优化设计结果是合理的,同时也证实了战术飞行轨迹优化设计的有效性和可行性。

反超低空突防的全程弹道设计优化研究

针对导弹在拦截超低空目标时面临的多路径效应问题,当擦地角在布儒斯特角附近时,地海杂波反射系数最小,制导精度较高。文中通过建立超低空拦截弹道模型,研究出一种满足布儒斯特角约束的制导律,设计出一种导弹拦截目标的总体弹道方案,并进行弹道优化,分析了不同参数对导弹弹道特性的影响。仿真结果表明,所设计出的弹道较为平直,并且满足要求,从弹道设计角度探索出了一种降低多径干扰的途径。

一种改进的安全曲面生成算法

传统安全曲面生成算法存在运算规模不可控、运行时间长以及生成的曲面复杂等问题,不满足机载系统快速性、可靠性的需求。针对上述问题,通过压缩数字高程图、改进地形坡度限制、分析纵向曲率限制,优化了安全曲面的生成算法,并在曲面上进行航迹规划。仿真结果显示:改进的安全曲面生成算法减少了不必要的计算,相较于传统算法,效率提升3~6倍,在曲面上规划得到的航迹满足直升机低空突防场景下的需求。

低空风影响下的多航空器航迹规划

为了提高多航空器航迹规划的安全性和准确性,针对航空器性能因素、低空风因素以及多航空器之间的相互约束三方面对于航迹的影响,建立了航空器性能模型和多机冲突模型,通过引入时间窗原理以及A*算法完成多航空器的安全航迹规划,并且构建风影响下的航迹修正模型,根据每个航迹节点上的风速情况,对无风状态下的初始航迹进行修正,得出修正航迹,完成多航空器安全航迹的预战术规划。经实验验证,在保证航空器安全飞行的前提下,方法的总航程相比其他文献减少了9.5%。提高了航迹规划的准确性和安全性。