拦截弹道快速设计方法

《拦截弹道快速设计方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2015年2月第41卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2015V01．41No．2http：／／bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0143拦截弹道快速设计方法王备，周韬，董长虹+(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：针对传统优化算法在解决多约束条件下拦截弹道设计问题时迭代计算耗时过长的缺点，提出了一种快速拦截弹

2、道设计方法．该方法基于人工神经网络的非线性拟合技术，先通过普通优化算法进行离线样本计算，对样本中目标位置和优化得到的飞行程序参数进行输入一输出映射拟合训练，从而实现在给定目标位置的情况下对最优飞行程序参数的快速计算，达到提高拦截弹道设计效率的目的．经过数值仿真验证，将该方法应用于拦截弹道设计，在保证良好命中精度的同时，设计所需的计算时间大大减少，从而提高了弹道设计的时效性．关键词：拦截弹；弹道；优化；设计；神经网络中图分类号：V412．4+1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)02-0358-06现代战争要求拦截弹具有

3、快速反应能力，零发射准备时间．在拦截弹的设计过程中，拦截弹道设计是重要的组成部分，通常设计拦截弹道主要是设计一条通过发射点和目标点并满足约束条件的最优拦截弹道，对于拦截弹来说，如何缩短导弹拦截时间，是导弹防御里的一项重要研究内容‘1引．拦截弹道优化设计是一个模型高度非线性、时间域跨度大、待优化参数多、约束形式多样化的复杂优化问题，通常采用最优化理论中的参数优化来解决该问题．对于一枚确定的拦截弹，其各项参数包括各级发动机推力、发动机工作时间等都是确定的，其各阶段运动规律基本一致¨61．因此对于某一预测命中点，所要解决的就是定点定时到达预测

4、命中点的弹道优化设计问题．一般的优化算法都要通过大量的迭代计算来完成，包括模式搜索法、拟牛顿法、序列二次规划法，以及多种现代启发式算法如遗传算法、粒子群算法等旧⋯，都需要每次代人设计变量，通过弹道计算过程计算优化目标函数以使目标函数越来越趋近于最优，而弹道计算过程中需要通过许多积分运算来计算弹道，所以就会消耗大量的计算时间．这就使导弹不能快速去拦截目标，在实际拦截过程中，就可能失去拦截目标的机会．基于文献[10]提出将人工神经网络应用于制导律设计以及文献[11]提到的将人工神经网络应用于机载实时轨迹优化导引的启发，对于拦截弹这种中间过程

5、规律性较强的弹道优化设计问题，可以尝试运用神经网络来设计弹道．本文研究如何利用神经网络原理解决快速弹道设计问题．首先对多阶段拦截弹道的优化问题作详细的描述，然后介绍了如何把神经网络应用于快速弹道设计，最后给出了算例仿真和结果分析．1拦截弹的数学建模1．1动力学模型拦截弹分为3级，采用固体火箭发动机，从第收稿日期：2014-03-21；录用日期：2014-06-23；两络出版时间：2014-07-0117：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0143．ht

6、ml作者简介：王备(1989一)，男，江苏连云港人，硕士生，wangbei523@qq．tom}通讯作者：董长虹(1968一)，女，吉林四平人，副教授，rainbowdong@buaa．edu．cn，主要研究方向为飞行器总体设计、制导与仿真．；f用格式：王奋，周帮，耋长虹．拦截弹道快速设计方法fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(2)：358—363．WangB，ZhouT．DongcH．RapiddesignMgorithmforinterceptmissiletrajectoryLjj．JournalofBeOingUniv

7、ersityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(2)：358—363(inChinese)．第2期王备，等：拦截弹道快速设计方法3593级关机点到预测拦截点是无动力飞行阶段．为了简化问题，同时考虑到拦截弹的飞行特性，做出如下假设：1)假设地球为圆球形；2)采用USSA76标准大气模型；3)忽略导弹的侧向运动，即导弹始终在发射点、预测拦截点和地心确定的大圆面内；4)只考虑导弹弹体的俯仰运动¨⋯．基于上述假设可得拦截弹的动力学方程：警=砉∽cos(¨卧¨一0．5pv；s。CDi—migsin0。]警=去

8、㈣郴川i吨)+0．5pv；siC￡。一m。gCOS0。]等=Mzi／t．。’dOi—d—t2O)zidx。一dt2。t。。80i誓弘sin8。式中，i=1，2，3⋯为拦截弹飞行的不同阶段；13。，0i，∞i