基于高斯伪谱法的枪榴弹制导算法

针对目前枪榴弹制导算法稀少,传统中大口径弹药的制导方法不适用于枪榴弹制导等方面的问题,提出基于高斯伪谱法的枪榴弹制导算法。该算法利用高斯伪谱法规划出一条最优弹道作为标准弹道,依据实时弹道和标准弹道的偏差生成制导指令。以修正能量和制导精度为指标,对该算法进行仿真验证,结果表明该算法具有修正能量小、制导精度高的特点,易于在枪榴弹上实现与应用。

hp自适应伪谱法空天飞行器轨迹优化

空天飞行器具有廉价、便捷、可靠、自主等优点,是具有战略威慑和实战能力的新概念飞行器,该文针对其上升段轨迹优化问题展开研究,首先构建适用于空天飞行器轨迹仿真体系结构和数据模型;接着基于hp自适应伪谱法的最优轨迹求解方法,将含有微分约束的最优轨迹优化问题转化为代数约束的非线性规划问题,运用序列二次规划求解,然后研究hp自适应伪谱法的燃料最优轨迹设计方法;并且对比传统定动压轨迹优化方法和采用hp自适应轨迹优化算法下的燃料消耗情况,仿真结果表明采用hp自适应伪谱法的最优轨迹燃料消耗相对于传统的定动压优化算法更少,最后验证hp自适应轨迹优化算法的有效性和精确性。

基于Gauss伪谱法的高空飞行器再入段轨迹优化对传热效应的影响分析

基于Gauss伪谱法和二阶有限差分(Gauss Pseudospectral Method,GPM),研究了再入过程中高速飞行器的传热问题,并依据最内温层升温最小的目的进行飞行轨迹的数值优化。主要思路:构造传热分析模型,并依据传热方程构造每一温层的传热微分方程;将各温层微分方程以及动力学微分方程作为伪谱法中的微分方程约束条件代入,进行轨迹数值优化设计;利用少量LG点构造拉格朗日多项式,再通过一维插值获得大量LG点的值,获得更高精度的拟合结果曲线。以某高超声速飞行器为对象用本方法进行数值计算,结果验证了方法具有一定的可行性。

伪谱法分离波动方程弹性波模拟

本文在一阶分离波动方程的基础上,推导出了相应的二阶分离波动方程的简单形式。采用交错网格和常规网格伪谱法,实现了一阶及二阶波动方程波场P波和S波的分离模拟。同时对一阶、二阶波场分离模拟结果,以及分离法与非分离法模拟结果进行了对比研究。结果表明:一阶与二阶伪谱法分离的效果大致相当,一阶分离法在走时拾取上略占优势,但二阶分离法在振幅和子波形态保护及分离彻底性方面优势明显;实际计算中分离法比非分离法更为灵活多变。

缝洞型储层错格伪谱法模拟

文中对传统伪谱法和其改进的错格伪谱法从理论方法及实例试算进行了分析及对比,总结了错格伪谱法的优点。通过脉冲序列一阶微分算例更加突出了错格伪谱法微分的局部化优点;通过二维声波的算例验证了错格伪谱法的正确性;通过不均匀介质中弹性波的算例验证了错格伪谱法比传统伪谱法有更高的精度。最后用错格伪谱法模拟了不均匀缝洞型储层介质中弹性波的传播问题。

切比雪夫伪谱法模拟地震波场

介绍了切比雪夫伪谱法以及快速傅立叶算法在其中的应用,并用切比雪夫伪谱法模拟二维有限区域弹性介质地震波场。分别计算了兰姆问题,均匀介质中心爆破源问题,介质内部的速度异常体问题以及各种分界面情况下地震首波传播问题。

基于改进BISQ机制的双相HTI介质波传播伪谱法模拟与特征分析

改进BISQ(Biot-Squirt)机制在不引入特征喷流长度的情况下,将含流体孔隙介质中Biot流动和喷射流动两种重要的力学机制有机地结合起来,且各相关参数具有明确物理意义和可实现性.本文将改进BISQ机制一维孔隙流体压力公式推广到三维具有水平对称轴横向各向同性介质(HTI介质)情况,结合裂缝各向异性理论,给出了基于改进BISQ机制的双相HTI介质模型及其二维三分量波传播方程,采用伪谱法求解该方程,进行了不同相界、不同频率以及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.数值模拟结果表明:伪谱法模拟精度高,压制网格频散效果好,可以得到高精度的波场快照和合成记录;基于改进BISQ机制的双相HTI介质模型兼具裂缝各向异性特征和孔隙弹性特征,其为从双相各向异性理论角度深入研究裂缝性储层的地震响应奠定了理论基础.

基于伪谱法的翼伞系统归航轨迹容错设计

针对翼伞系统在归航过程中,控制电机工作异常致使控制性能发生变化,无法按原有规划轨迹到达目标点的问题,提出一种基于Gauss伪谱法的归航轨迹容错设计方法.首先根据翼伞系统控制特性的不同,分别建立了正常和单电机异常工作状态下的质点模型,并根据伞形参数确定了两种工作状态下的约束条件和目标函数;其次,利用Gauss伪谱法分别对两种工作状态下轨迹规划的最优控制问题求解,获得翼伞系统不同状态下的最优飞行轨迹.仿真结果表明,在约束情况下,翼伞系统无论在正常和单电机异常工作时都可以顺利到达目标点,获得高精度的飞行轨迹.

伪谱法及其在飞行器轨迹优化设计领域的应用综述

采用伪谱法进行飞行器轨迹优化设计是近年来的热点研究方向,然而较全面地对各种方法进行综合分析的文献却很少。在对国内外相关文献进行系统研究的基础上,阐述了航空航天领域应用较为广泛的几种伪谱法的基本原理;归纳了伪谱法将连续最优控制问题转化为非线性规划问题的思路和具体步骤;总结了伪谱法在飞行器轨迹优化设计领域的应用情况;对伪谱法及其在飞行器轨迹优化设计领域应用的未来研究方向进行了分析。

基于Gauss伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化

将一种求解最优控制问题的新方法—高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM)和传统的直接打靶法有效结合,对月球着陆器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。推导了高精度模型下着陆动力学方程。针对优化方法各自的特点和多约束条件下最优月球软着陆轨道设计的难点,提出了问题求解的串行优化策略:将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,取较少的Gauss节点,利用GPM求解初值,初值的求解采用从可行解到最优解的串行优化策略;在Gauss节点上离散控制变量,利用直接打靶法求解精确最优解。仿真结果表明,本文提出的轨道优化方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性。

基于hp自适应伪谱法的飞行器再入轨迹优化与制导

研究了一种基于hp自适应伪谱法的飞行器再入在线轨迹优化与制导方法。首先针对飞行器再入段在末速度最大的条件约束下进行了轨迹优化;然后针对再入段地球大气分布不均匀、建模误差、扰动等因素,设计了基于hp自适应伪谱法的反馈制导方法;最后进行了数学仿真研究。仿真结果表明:采用本文提出的反馈制导方法得到的末速度为6.93 km/s,比未采用闭环制导的方法提高了0.33 km/s,并且制导精度提高了15倍。

三维错格时域伪谱法在频散介质井中雷达模拟中的应用

数值模拟对井中雷达数据的解释有重要意义.通常采用的时域有限差分法(FDTD)在网格足够细的情况下能够精确地模拟井中雷达,但对于相对较大的模型,要得到较好的精度其所需要的时间和计算机内存都非常大.我们尝试用伪谱法来模拟三维井中雷达,其在平缓介质中达到与FDTD相同精度每个波长所需的网格要少数倍,因此在保证精度的情况下使模拟范围大大增加.常规网格伪谱法常伴有Gibbs现象,本研究通过在一个方向以两点为源和采用交错网格的方法有效解决了上述问题.对于Debye频散介质,我们应用二阶显式Runge-Kutta方法求解时间步,该法较中心差分方法更直观、更简便,且在我们考虑的介质范围内是稳定的.

基于Gauss伪谱法的临近空间飞行器上升段轨迹优化

综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)的求解策略。首先,依据气动数据特点,设计拟合模型对气动参数进行高精度拟合;其次,为避免间接法和传统直接法的缺点,将Gauss伪谱法和序贯二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)相结合,对存在边值及加速度约束的轨迹优化问题进行求解,获得最优飞行轨迹。仿真结果表明,在更为真实的飞行环境下,利用GPM和SQP相结合的方法可在5.83s获得一条精度为10-4～10-6左右的飞行轨迹。

基于高斯—伪谱法的月球定点着陆轨道快速优化设计

利用高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM),对登月飞行器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,对最优控制问题进行求解。并针对GPM的特点,设计了从求取初值到高精度参数的软着陆轨道优化策略。利用此方法求取了月面着陆可达区域,在此基础上对定着陆点最优轨道进行了设计。仿真结果表明此方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性。

线性粘弹体中地震波场伪谱法模拟技术

以积分本构方程为基础,应用对应原理建立线性粘弹体中的波动方程,采用伪谱法进行数值模拟.实际计算结果表明该方法能有效模拟标准线性粘弹体中地震波的传播.

TTI介质各向异性伪谱法逆时偏移

在Thomsen精确相速度方程和弱各向异性假设前提下,将VTI相速度方程拓展为TTI介质相速度方程,进而得到TTI介质的P波方程。利用伪谱算法对P波方程进行了正演和逆时偏移,并和各向同性F-X域深度偏移效果进行了对比,结果表明:①对于各向异性介质,利用各向同性的偏移算法得到的结果会有误差,成像结果有明显的畸变;②在考虑效率和精度的前提下,伪谱法由于其利用快速二维傅里叶变换解决空间导数的计算问题,这对于实际应用中计算成本颇高的逆时偏移是一个较理想的选择;③推导的近似方程在弱各向异性条件下可以较好地应用于TTI介质中。

基于Gauss伪谱法的紧急避让汽车操纵逆动力学

汽车高速紧急避让行驶安全性是汽车自主开发亟待解决的关键问题,也是汽车主动安全的前提和必要条件之一。提出一种汽车操纵逆动力学求解方法,该方法能够用于汽车高速紧急避让性能的客观评价。基于一种求解最优控制问题的新方法——Gauss伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM),以驾驶员对汽车施加的转角输入和驱动力/制动力为控制变量,以最短时间完成双移线过程为控制目标,通过Gauss伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题之后,运用序列二次规划方法求解。仿真结果表明,相对于间接法和传统直接法,Gauss伪谱法具有求解效率高,对初值依赖性小的优势。采用该方法解决汽车的最速操纵问题,边值约束和路径约束均得到很好的满足,可以客观评价不同汽车以最短时间完成双移线过程的操纵性能。通过实车试验,仿真值和试验值的变化趋势基本一致,从而验证了模型的正确性。

基于自适应伪谱法的UCAV低可探测攻击轨迹规划研究

研究无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle,UCAV)对地攻击阶段轨迹规划问题。首先,在综合UCAV的气动力特性、发动机推力特性基础上建立UCAV质点模型和动力学模型,并结合UCAV平台初始条件、机动性以及武器投射条件构建约束条件;针对当前轨迹规划中没有考虑雷达散射截面(radar cross section,RCS)随UCAV姿态角改变而动态变化这一缺陷,建立综合考虑动态RCS的威胁概率和攻击时间的目标函数;然后利用可变低阶自适应伪谱法求得攻击轨迹最优解。对时间最短、RCS固定和考虑动态RCS 3种情况进行仿真。结果表明,考虑动态RCS时,UCAV将根据威胁进行轨迹和姿态调整,极大减小了被敌方威胁捕获的概率。该算法能够提供规划轨迹的高精度状态和控制量信息,有利于实现攻击过程的高精度精细规划控制。

基于Radau伪谱法的制导炸弹最优滑翔弹道研究

基于Radau伪谱法求解最优控制问题的原理,研究了滑翔型制导炸弹的最大射程优化问题。对制导炸弹动力学模型进行了无量纲化处理,结合极小值原理推导了最优控制轨迹的解析解和一阶必要性条件,采用Radau伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,基于协态映射原理给出了数值解的最优性验证方法。仿真结果表明,Radau伪谱法能够提供具有工程应用价值的最优解,与常规的最大升阻比滑翔弹道相比,优化后的弹道射程增加10%以上。

利用高斯伪谱法求解具有最大横程的再入轨迹

为了使升力式飞行器再入大气层后取得最大横程,采用高斯伪谱方法求解最优再入轨迹。利用微分形式高斯伪谱方法将飞行器三自由度再入轨迹优化问题转化为非线性规划问题,选取高斯节点上的状态量和控制量作为待优化参数,并将最优性能指标选为横程最大,然后对再入轨迹进行了求解。通过与按最大升阻比飞行方案所得结果进行对比,表明按所提方法求取的再入轨迹优于后者。此外,仿真过程还说明高斯伪谱法对状态猜测值并不敏感,算法容易收敛,适用于轨迹优化问题的求解。