多约束条件下高超声速滑翔飞行器轨迹优化

研究了考虑航路点、禁飞区、热流、动压、过载、控制量以及终端状态等多种约束条件下高超声速滑翔飞行器轨迹优化设计问题。分析了采用一般Gauss伪谱方法进行高超声速滑翔飞行器轨迹优化设计存在的主要问题,为此,提出了轨迹分段优化策略,将轨迹优化的一般最优控制问题转换为多段最优控制问题,进而将各段轨迹按Gauss伪谱方法进行离散化,将连续多段最优控制问题转换为非线性规划问题进行求解。以多约束条件下最大射程轨迹优化为例进行仿真分析,结果表明分段优化方法能够较快地设计出满足各种约束条件的优化轨迹。

登月软着陆过程多约束最优制导律研究

为使登月舱软着陆过程安全可靠,须对其飞行轨迹进行多种约束规划与制导。在满足登月舱姿态约束的基础上进行最优制导律推导;考虑到飞行过程中的多种约束,引入航点优化算法,将飞行过程中的轨迹多约束转换为航点约束,并以指令加速度变化平稳为优化指标,将轨迹优化问题转换为二次规划问题,实现多约束下最优制导。仿真结果表明该方法能在加速度变化最小的情况下满足多种飞行轨迹约束要求,落点精度满足要求,实现登月舱安全软着陆。

带有末端角度和轨迹路径点约束的MPSC制导律设计

针对多约束制导问题,给出了一种同时满足末端角度约束和飞行轨迹路径点约束的模型预测扩展控制制导方法,该制导方法通过满足飞行轨迹路径点约束实现灵活调节飞行轨迹,可以大大缩短目标防御反应时间。模型预测扩展控制制导方法是基于非线性最优控制理论,给出了控制量表达式以二次形式近似时制导律的设计过程。模型预测扩展控制制导方法只能对末端时刻输出量进行约束,通过对该制导方法进行扩展,使其还可以满足飞行轨迹路径点约束。仿真结果表明,考虑飞行轨迹路径点约束时,导弹经过设定的路径点并以给定的弹道倾角命中目标。

基于动压约束的高超声速飞行器机动突防制导策略

针对高超声速飞行器临近空间机动突防问题,提出一种基于最低动压约束的高超声速飞行器临近空间大空域机动策略。对基于模型预测静态规划(MPSP)制导方法进行改进,末端时刻输出量考虑末端时刻时间偏差影响,性能指标函数考虑控制量输入约束影响,推导得到带多个航路点约束的扩展MPSP制导方法。根据战场态势对航路点处的动压进行约束,调节飞行轨迹的形状,实现临近空间大空域机动突防。通过仿真对所提出的制导方法有效性进行了验证,结果表明该制导方法能够很好地满足航路点处约束条件,各航路点处动压偏差在1.0 N/m^(2)范围内,航迹倾角偏差在0.1°范围内,高度偏差在1.0 m范围内,实现了高超声速飞行器临近空间自主机动突防。

高超声速滑翔飞行器多禁飞区再入机动航迹优化

针对高超声速滑翔飞行器航迹规划中面临的复杂环境约束问题,提出了一种结合几何-动力学的航路点跟踪方法并设计了一种禁飞区约束简化策略。首先,在通过飞行走廊确定飞行过程中航向角变化范围的基础上,以角度为指标设计代价函数,并基于此对飞行状态进行预测寻优,得到了倾侧角自适应搜索的横向机动模型;其次,将几何平面上的虚拟航路点生成策略拓展到地球曲面,并基于图论思想和动力学评估模型,获得了全局最佳虚拟航路点生成策略;最后,将2种方法结合得到解决多禁飞区约束的航迹规划方法。仿真结果表明,所提方法能够快速有效获得最佳虚拟航路点,并且降低航迹规划中的倾侧角优化难度;蒙特卡洛仿真实验表明,本方法具有较好的鲁棒性。