专利汇可以提供一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于飞行技术领域,主要涉及一种对 辐射 型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,包括以下步骤:(S1)建立 飞行器 的三 自由度 运动模型、飞行过程约束模型和飞行轨迹终端约束模型;(S2)构建辐射型禁飞区模型其中Rk表示威胁系数、C表示比例系数、K/N表示雷达的 信噪比 、Rd表示雷达作用距离;将辐射型禁飞区内任意点的单位时间内的威胁量化,描述辐射型禁飞区的威胁程度;(S3)以辐射型禁飞区模型的威胁系数的积分作为性能指标函数,以飞行器作为控制对象,构建最优控制问题;(S4)利用Guass伪谱法对步骤(S3)中最优控制问题进行求解,得到飞行器对辐射型禁飞区突防的最优飞行轨迹。本发明对提高了高超声速飞行器战略投送和突防能 力 ,利于飞行器突破雷达探测和 跟踪 。,下面是一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法专利的具体信息内容。
1.一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
(S1)建立飞行器的三自由度运动模型、飞行过程约束模型和飞行轨迹终端约束模型;
(S2)构建辐射型禁飞区模型 其中Rk表示威胁系数、C表示比例系数、K/N
表示雷达的信噪比、Rd表示雷达作用距离;
(S3)以辐射型禁飞区模型的威胁系数的积分作为性能指标函数,以飞行器作为控制对象,构建最优控制问题;
(S4)利用Guass伪谱法对步骤(S3)中最优控制问题进行求解,得到飞行器对辐射型禁飞区突防的最优飞行轨迹。
2.如权利要求1所述的一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于:所述步骤(S1)中飞行器的三自由度运动模型为,
式中,g为当地重力加速度,r为地心距,r=R+h,h为飞行器高度,R为地球半径,γ为飞行器位置的经度,φ为飞行器位置的纬度,V为飞行器速度,θ为飞行器速度倾角,σ为飞行器的航向角,“.”表示变量对时间的导数,D为飞行器升力,L为飞行器阻力,m是飞行器质量;控制量为攻角α、侧倾角ν;
飞行过程约束包括动压约束、法向过载约束、气动热约束、终端约束以及控制量和状态量约束,具体为,
动压约束:
其中q表示动压,ρ为大气密度,qmax为动压的极值;
法向过载约束:
其中ny表示法向过载,g为当地重力加速度,nymax为法向过载的极值;
气动热约束:
Ks为热流传递系数,n、b为常数,Q表示驻点热流密度值, 为驻点热流密度的极值;
控制量和状态量约束:
x∈[xmin,xmax],u∈[umin,umax] (5)
其中x表示状态量,xmin,xmax分别表示状态量的最小值与最大值;u表示控制量,umin,umax分别表示控制量的最小值与最大值;
飞行轨迹终端约束:r(tf)=rf,γ(tf)=γf,φ(tf)=φf,
其中r(tf)为飞行轨迹终端高度约束,γ(tf)为飞行轨迹终端经度约束,φ(tf)为飞行轨迹终端纬度约束,(rf,γf,φf)表示飞行轨迹终端位置,tf表示终端时间。
3.如权利要求2所述的一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于:所述步骤(S3)中性能指标函数如下:
其中 Pt为雷达的发射机功率、G天线的
增益、δ目标的雷达截面积、λ为工作波长,Rl为雷达覆盖区域,Rd为雷达与目标飞行器的距离,C为比例系数,N为雷达噪声功率,t0为初始时间、tf为终端时间。
4.如权利要求2所述的一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于:所述步骤(S3)的最优控制问题为:
且使状态量x(t)、初始时间t0、终端时间tf满足微分方程约束:
终端约束:
过程约束:
hL≤h[x(t),u(t),t]≤hU,t∈[t0,tf] (14)
其中公式(11)中Φ函数为终点型性能指标函数,G函数为积分型性能指标函数,J为待优化的性能指标;公式(12)中f函数为状态量的导数函数,公式(13)中 函数为关于初始状态和终端状态约束函数,公式(14)中h函数为关于状态量和控制量的过程约束函数;hL、hU分别表示根据需求的过程约束函数的下边界和上边界。
5.如权利要求4所述的一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于:所述步骤(S4)中最优控制问题进行具体求解过程为:将状态量和控制量在一系列Gauss点上离散,并以这些离散点为节点构造Lagrange插值多项式来逼近状态量和控制量;通过对全局插值多项式求导来近似状态量对时间的导数,从而将描述轨迹的微分方程约束转换为一组代数约束;对性能指标函数中的积分项由Gauss积分计算;终端状态也由初始状态和对右函数的积分获得;经以上变换,最终将轨迹优化对应的最优控制问题转换为受一系列代数约束的参数优化问题,即非线性规划问题(NLP);通过的Matlab软件包GPOPS,求解最优控制问题。
6.如权利要求2所述的一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于:所述气动热约束为中b取值为3,n取值为0.5。
7.如权利要求1所述的一种对辐射型禁飞区的再入轨迹优化设计方法,其特征在于:所述飞行器为高超声速滑翔式飞行器。
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