飞行器战术机动动作最优航迹控制模型研究

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1、天津大学博士学位论文飞行器战术机动动作最优航迹控制模型研究TheResearchontheOptimalTrajectoryControloftheAircraftTacticalManeuver二级学科：系统工程学科专业：系统工程作者姓名：刘瑛指导教师：李敏强教授天津大学管理与经济学部二零一四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确

2、的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要驾驶员是人-机闭环系统的核心环节，因此如何从驾驶员操纵角度控制飞行风险是一个重要的研究方向。飞行人员认为在空战对抗环境中，往往需要战术机动动作的组合运用，在这种情况下极

3、易增大动作的偏差，从而导致风险的增大。因此提高驾驶员对机动动作的控制能力是避免风险的一项重要工作。本文应用贝叶斯推理、模糊层次分析及多级影响图重点研究了机动动作风险定量评估方法，构建了以控制量变化率为优化参数的机动动作最优航迹控制模型。主要研究内容及创新性工作包括以下几个方面：(1)介绍了机动动作的分类及典型的机动动作的飞行数据特征，概括了机动动作控制律的相关研究方法，总结了影响图的相关理论知识及典型应用。(2)提出了基于贝叶斯定理和模糊层次分析法（FAHP）的机动动作风险定量评估模型。使用关键点划分机动动作，给出了不同风险等级的定义；对于状态偏差与风险等级之间关系的不确定性，使用贝叶斯定理

4、确定各关键点处于不同风险等级的概率，结合不同风险等级的权重，得到各个关键点的风险值；由于驾驶员在判断过程中的模糊性及不确定性，使用模糊层次分析法确定不同关键点的权重，最终实现了机动动作风险的定量评估。通过对实际机动动作数据的分析，验证了模型的正确性及有效性。(3)构建了以控制量变化率作为优化参数的机动动作最优航迹控制模型。将机动动作划分为彼此相连的轨迹片段，每个轨迹片段具有相同的控制量变化率，控制量变化率能够反应机动动作过程中驾驶员操纵的快慢程度。使用小生境稳态遗传算法（NichingSSGA）对最优航迹控制模型进行求解，求解结果为机动动作最优控制量变化率序列，以该序列对应的控制量作为机动动

5、作的输入，能够实现一个标准的机动动作。仿真实验部分以典型机动动作斤斗及桶滚为例进行分析，研究了无扰动及扰动条件下两类机动动作的最优控制量变化率序列，并通过与实际数据的比较验证了最优航迹控制模型的有效性。(4)使用多级影响图构建了基于驾驶员偏好的机动动作最优航迹控制模型。使用小生境稳态遗传算法进行求解，并以斤斗为例对初始状态存在偏差的三种场景进行分析，给出了最优控制量变化率修正序列，通过与标准控制量变化率序列的对比，分析了修正过程驾驶员操纵的特点。同时分析了各关键点不同风险等级的概率变化情况和风险值变化情况。本文以战术机动动作为研究对象，构建了机动动作风险定量评估模型及机动动作最优航迹控制模型

6、，实现了对状态偏差造成风险的合理评估，并为驾驶员完成一个标准机动动作及动作偏差的修正提供支持。关键词：机动动作风险评估最优航迹控制控制量变化率影响图小生境稳态遗传算法I万方数据ABSTRACTPilotsareacoresegmentofthepilot-aircraftclosed-loopsystems.Howtocontrolflightriskfromtheperspectiveofoperationofpilotsisanimportantresearchdirection.Inanaircombatsituation,thesequentialexecutionofthetact

7、icalmaneuverswillleadtotheincreaseofthestatedeviationofmaneuvers,whichresultsinlargerflightrisk.Therefore,toimprovethepilots’operationabilityofthemaneuversisanimportantissueinreducingflightrisk.Inthisthesis