不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化

《不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化》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、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaSep．252014Vol35No．92593-2604ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．cnhkxb@buaa．edu．CR不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化陈琦1，王中原1’*，常思江1，舒敬荣21I南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京2100942．陆军军官学院二系，安徽合肥230031摘要：滑翔制导炮弹因体积和成本所限存在控制能力有限的问题，有必要对其方案弹道加以合理的设计，为此提出

2、一种不确定飞行环境下的弹道优化方法以降低方案弹道对各类随机干扰的敏感度。建立了模型偏差、滑翔启控点参数偏差、气动参数偏差及气象偏差等不确定性因素的数学模型，推导出计及随机干扰的滑翔弹动力学系统雅可比矩阵的解析表达式，利用线性协方差分析法，得到了系统误差传播方程，进而建立了不确定飞行环境下的弹道优化模型。利用Che—byshev伪谱法将弹道优化问题转换为非线性规划问题，在此基础上采用内点算法(Ipopt)获得了方案弹道的最优解。仿真结果表明，与不考虑不确定因素的设计方法相比，采用本文方法设计出的方案弹道，纵向和侧向位移散布方差明显减

3、小，显示出对随机干扰更好的抑制效果。关键词：滑翔弹；不确定性分析；非线性模型；弹道优化；线性协方差；Chebyshev伪谱法中图分类号：V249．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)09—2593—12滑翔制导炮弹是一种精确打击武器，它具有发射平台简单、效费比高、能同时兼顾射程与精度等显著优点，近年来已经引起国内外许多学者的关注[1。3]。在滑翔制导炮弹发射前，需根据目标位置预先设计出一条方案弹道，制导炮弹发射后像普通尾翼弹一样无控飞行，当到达飞行弹道上某点(通常在弹道顶点附近)时展开鸭舵，制导控制系统工作并操

4、纵炮弹按照预先设计的方案弹道滑翔飞行。方案弹道和制导控制系统的匹配设计是影响滑翔弹最终效果的关键因素之一。然而由于滑翔段为无动力飞行，且因弹体空间有限，控制舵面较小，致使滑翔弹的机动能力有限，抗干扰性能较弱，这在一定程度上限制了制导控制系统性能的发挥。因此在这种条件下，如何设计更为合理的方案弹道尤为关键。滑翔弹的方案弹道设计可视为一种轨迹优化问题。国内外针对这类问题进行了大量的研究，提出了较多的方法。Trent等[41利用Pontry—agin极大值原理与直接打靶法研究了可重复使用航天器的再人轨迹优化问题；孙瑞胜等[5]结合Pon

5、tryagin极大值原理与遗传算法求解了高超声速导弹的最优弹道。以上方法计算精度较高，但存在对初值敏感、数值梯度运算量大等缺点。为解决此问题，李佳峰和陈万春邓3提出了全程协态估算方法，但仍需推导一阶必要条件，对于复杂的优化问题，这种推导过程较为繁琐；康炳南和唐硕[7]采用直接打靶法求解了再人飞行器最优周期巡航轨迹；李瑜等呻3同样采用直接打靶法对洲际助推一滑翔导弹的全程突防弹道收稿日期：2013—12·03；退修日期：2014．03—18；录用日期：2014—05—07：网络出版时间：2014—05—1616：00网络出版地址：WW

6、W．cnki．net／kcms／detail／107527／$1000．689320140094．htmI基金项目：国家自然科学基金(11272356)；中国博士后科学基金(2013M541676)*通讯作者．Tel：025—84315328E-mail：zywang@njusteducn朝角榕武lChenQ·WangZY。ChangSJ．etal．Optimaltrajectorydesignunderuncertaintyforaglidingguidedprojectile(JJ÷ActaAero—nauticaetAstr

7、onauticaSinica。2014．35(9)：2593-2604．睬琦．王中琢．常思江，等?不确定飞行环境下的滑翔翻导炮弹方案弹道优化!J]．航空学报．2014．35(9)：2593-2604i航空学报Sep．252014V01．35No．9进行了优化设计，该方法具有思路简单明确且无需推导一阶必要条件等优点，但是当离散点数目较多时运算量急剧增加，收敛性难以保证；陈小庆等凹1应用直接配点法对再入式飞行器的三维滑翔弹道进行了优化设计。相比前述几种方法，伪谱法以其高精度和高效率等优势近年来逐渐受到重视。Rao和Senses[1”1

8、11利用全局多项式逼近状态量和控制量，将最优控制问题转换为非线性规划问题，并得到了协态映射定理，从理论上证明了伪谱法的收敛性；雍恩米等[121在Gauss伪谱法的基础上提出了一种串行分段优化策略，研究了高超声速飞行器再入轨迹快速优化问题；彭祺擘等[