高炮弹道仿真系统设计与算法实现

 群小目标飞行特征显控系统利用上位机传送的数据实现弹道轨迹仿真,将仿真结果与理想的弹道轨迹进行比较,判断弹道轨迹精度是否能满足预期的发射要求,评估火力发射技术是否达到预期成果。针对系统中的弹道仿真功能提出了一种三维弹道轨迹插值拟合算法,将三维离散的特征数据分解到射面和炮口水平面2个二维平面,在二维平面分别采用分段三次样条插值算法对离散的特征数据进行插值拟合,再根据插值结果绘制三维弹道轨迹图像。使用VC++ 6.0编写插值拟合程序,通过实例验证拟合出的三维弹道轨迹经过每一个特征点且轨迹光滑连续,满足拟合条件,达到轨迹仿真的要求。     

间接法求解具有最大横程的再入轨迹

针对运用间接法进行弹道优化时存在共轭变量初值高度敏感难以估计而无法获得全局最优解的缺点,引入混合遗传算法对弹道优化时的共轭变量初值进行搜索,并求解获得具有最大横程的再入轨迹. 求解时考虑了热流约束、过载约束和动压约束,约束的处理采用惩罚函数方法,通过对不可行解的惩罚转换为无约束问题. 数值仿真验证了该算法实用性.      

阻力伞-灵巧子弹系统气动及稳定性研究

为研究阻力伞-灵巧子弹系统空气动力学特性及气动特性对系统飞行动稳定性的影响,应用系统动力学和计算流体力学对非轴对称弹体外形进行了对比仿真,分析了子弹和阻力伞气动流场,与风洞试验进行了对比;为优化伞-弹系统气动特性,提高打击效率提供了数据支持,同时建立伞-弹弹道模型进行系统弹道仿真,归纳了气动数据、开伞时间对系统动稳定性影响规律.结果表明非对称外形对子弹气动特性影响不大,系统气动特性稳定,合适的开伞时间和气动参数对动稳定性有一定影响.      

基于贝叶斯估计理论的再入飞行器气动辨识方法

当再入飞行器进行大幅机动或大攻角飞行时,常用于配平情况下小幅机动的气动辨识方法将不再适用.为解决上述问题,本文首先针对目标区间,利用原始气动数据库建立先验气动模型并估计得到模型参数作为先验信息.然后,为获得更准确的参数估计值,提出应用贝叶斯估计理论将气动数据库数据与多次飞行试验数据同时用于辨识的方法,得到融合了飞行试验信息与先验信息的最优参数估计,进而完成对气动模型的更新.本文还提出利用傅里叶平滑分析的方法对含有噪声的数据进行平滑,以避免测量噪声影响.采用上述方法对再入飞行器试验数据进行气动辨识,辨识结果表明该方法得到的气动系数能够较好地反映再入飞行器大幅机动条件下的气动特性,且具有良好的气动特性预测能力.     

基于hp自适应Radau伪谱法的再入飞行器轨迹优化

全局伪谱方法在解决平滑最优控制问题时具有指数级收敛速度,但对于状态变量震荡的最优控制问题往往难以在短时间内取得满意解。飞行器机动再入轨迹通常为震荡形式,因此设计了hp自适应Radau伪谱算法(hp-RPM)求解再入最优轨迹。hp-RPM以相对曲率作为判据,将震荡轨迹划分为多个平滑子区间,在每个子区间内采用低阶插值多项式逼近最优轨迹,以提高算法效率、估计精度和解的最优性。仿真结果表明,hp-RPM方法在算法效率、估计精度、解的最优性上,较全局Radau伪谱方法均有较大程度的提高。     

基于神经网络参数优化的迭代学习控制算法

针对迭代学习控制用于轨迹跟踪时存在收敛速度慢的问题,提出用RBF网络优化迭代控制器参数的算法.在每一次迭代学习过程之后利用RBF网络对当次输出的数据进行优化计算,拟合出最优的学习增益,使迭代学习算法具有较快的收敛速度,在单关节机器人中进行仿真验证了方法的有效性.     

基于单神经元的卫星制导炸弹次最优制导律设计

为了满足卫星制导炸弹大着地角的弹道要求,基于单神经元进行了次最优制导律设计。首先建立了卫星制导炸弹运动状态方程,根据导出的次最优制导律形式构造了神经元,在此基础上建立了自适应参数优化回路,得到优化参数。利用设计所得的制导律进行了卫星制导炸弹六自由度全弹道仿真。由仿真结果与使用比例导引律的计算结果的比较可知,该文方法使弹着角增加了60％,避免了最优制导律的复杂推导过程。通过该文方法可直接得到适用于工程和仿真计算的形式简单的次最优制导律。     

直纹曲面喷漆机器人喷枪轨迹多目标优化

针对直纹曲面上喷漆机器人的喷枪轨迹多目标优化问题,通过平面喷漆实验,采集各点膜厚数据,运用MATLAB遗传算法工具箱拟合β分布,建立直纹曲面漆膜厚度生长模型.将曲面离散为点集,采用三次B样条曲线拟合生成初始喷枪轨迹.以曲面上各点漆膜厚度均匀和喷涂效率高为目标建立喷枪轨迹多目标优化模型,并采用改进的快速非支配排序遗传算法对该模型求解,获得喷枪轨迹最优解集,最终实现了直纹曲面喷枪轨迹的优化目标.通过实例结果对比验证了该方法的有效性和实用性.     

船舶工业机器人曲面喷涂喷枪轨迹离线规划

以喷涂速度、喷涂高度和轨迹间距为优化对象,建立曲面漆膜厚度分布模型,结合曲面外形,以漆膜厚度最均匀为优化目标,以粒子群算法为优化算法获取最优喷涂参数组合;运用非均匀有理B样条(NURBS)技术拟合曲面,利用曲面控制顶点生成喷枪路径,结合路径与最优喷涂参数组合得到曲面喷涂轨迹.通过对船首外表面及平面、凹曲面、凸曲面、S型曲面的仿真分析,验证了喷涂机器人曲面喷涂喷枪轨迹离线规划方法的可行性和有效性.     

数据融合技术在多设备协同弹道测试中的应用

针对远程弹道接力跟踪测试中指定顺序引导方式存在的切换点数据跳变、引导数据不够平滑、数据间断等问题.提出一种自适应加权数据融合算法,对雷达、光电经纬仪等多弹道测试数据进行实时融合处理.该方法可获得一条尽可能长的引导弹道数据、提高引导数据精度、减小引导过程抖动.仿真和实际试验表明该方法是有效可行的.     

滑翔式飞行器高空自适应跟踪制导控制方法

针对具有较大机动能力的滑翔式高超声速飞行器在复杂高空环境再入的问题,提出了一种基于LQR （线性二次调节器）的多状态自适应跟踪制导方法.该方法基于飞行器量纲一化的再入运动模型,考虑滑翔式飞行器各特征参数和飞行约束设计出基本安全飞行走廊,用拟合法将标准弹道综合成航程-高度-速度-航迹角函数.然后设计了基于LQR的多状态跟踪制导律,并采用多项式拟合法实现全弹道制导律的增益调度函数;形成了一套完整的滑翔式飞行器再入过程基于标准轨道的多状态LQR制导方案设计.并通过仿真计算,验证了该制导方法,表明该方法是有效、高精度的飞行器高空自适应跟踪制导方法.      

高超飞行器平滑再入倾侧角优化设计

针对高超声速飞行器准平衡滑翔再入问题,根据再入约束特点,分别把初始段和准平滑段的过程约束转化成为倾侧角约束,并对其交接班问题进行了讨论;在倾侧角约束范围内,设计了倾侧角文件,降低了问题的维数,提高了寻优速度;分别以最大纵程与最小总气动加热为性能指标利用罚函数处理,终端约束,将再入约束问题转化为无约束问题;采用遗传算法寻猜测值、模式搜索法求精确解的方式,提高了寻优精度。仿真结果显示,利用本文设计的倾侧角文件规划出的轨迹,能够很好的满足再入过程中的各项约束,且再入轨迹平稳,可为再入轨迹和覆盖区的研究提供参考借鉴。     

Aerodynamic configuration optimization by the integration of aerodynamics,aerothermodynamics and trajectory for hypersonic vehicles

The problem of aerodynamic configuration design optimization is a multidisciplinary design optimization （MDO） problem, and recently the MDO method is widely adopted in the field of hypersonic vehicle configuration design. From the aerodynamic point of view, the aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory are considered in this paper. Generally speaking, the aerodynamic characteristics, aerodynamic heating and trajectory are determined by the aerodynamic configuration and the design of flight trajectory. The design method considering these three disciplines is proposed. The parametric geometrical configurations are proposed, and the aerodynamic characteristics are predicted by the rapid and effective engineering method. The optimization of aerodynamic configuration considering the integration of aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory is investigated based on the parametric geometrical configuration. Maximum lift-to-drag ratio, maximum range of the trajectory and minimum total heat load of the stagnation point are chosen as the three optimal goals. The detailed research indicates that the optimal configurations and trajectories with different weighting factors can be obtained by the optimization, and there are obvious differences between them. The optimal configuration and flight trajectory obtained by the optimization can be used as the feasible schemes in the future work.     

基于粒子群算法的固定时间多约束无人机轨迹规划

针对粒子群算法在轨迹规划时,将无人机视为质点,未考虑无人机的飞行时间、角度等参数的不足,提出一种数值方法结合粒子群算法的轨迹规划求解方法。首先,考虑到对每个时刻控制变量进行优化会耗费大量的时间,将无人机的飞行时间离散为一定数量的切比雪夫配点,在这些离散的配点处优化控制变量以减小计算负担;其次,将角速度作为控制变量,运用曲线拟合求解出角速度与时间的函数,经过积分求出无人机的角度、位置与时间的函数;再次,将结果代入粒子群优化模型并结合无人机运动学模型进行优化求解,根据分配的时间计算出最终的角速度、角度以及位置坐标;最后,在复杂环境下进行无人机轨迹规划仿真,通过与已有方法的对比,验证所提求解方法的有效性和可行性。结果表明,所提出的轨迹求解方法可以求出包括位置在内的各个运动学参数,规划出光滑的轨迹并且成功避开前进过程中的障碍物。所提方法有效提升了轨迹规划的求解维度,对实现智能自主化飞行有一定的参考价值。     

智能车辆轨迹跟踪控制方法研究

针对智能车辆的轨迹跟踪控制问题,提出了一种可以调节参数的智能车辆轨迹跟踪控制方法.首先,设计了模糊控制器对智能车辆进行路径跟踪控制;其次,为了提高车辆在高速下的路径跟踪效果,设计模型预测控制器,并结合轮胎的动力学特性及车辆动态特性对轮胎侧偏角、质心侧偏角等进行约束;然后,为了提高车辆在不同工况下的路径跟踪效果,进一步设计了基于PSO算法的模型预测控制器.比较三种控制器的控制效果,选择典型工况在联合仿真平台上进行仿真.结果表明,提出的智能车辆的轨迹跟踪控制方法可以有效地对车辆轨迹进行跟踪.     

插电式混合动力汽车的燃油经济性优化分析

针对速度变化对插电式混合动力汽车(PHEV)经济性的影响,提出一种顺序速度平滑控制策略.通过对给定交通约束条件下的速度曲线进行顺序平滑处理,优化充电策略,提高插电式混合动力汽车的燃油经济性.根据前车速度的预测值,在车辆与前车的可接受跟踪距离范围内,通过最小化加速度来平滑车速;采用最优的充电耗散策略,根据整个行程的信息,将电池充电延长到行程结束.通过对3种典型工况测试周期的组合,研究商用PHEV的连续优化对两种不同行驶模式的影响.仿真结果表明:所提出的顺序优化方法由于与车辆结构无关,实用性较高;由于在速度优化中使用线性车辆模型求解最优控制问题,因此计算过程的实时性较好;速度平滑控制方法使燃油消耗量减少7%~14%.     

基于跟踪轨迹的车辆异常行为检测

为提高ITS(Intelligent Traffic System)交通事件管理的智能性, 提出基于跟踪轨迹的车辆异常行为检测,分为目标检测跟踪、轨迹分析处理和车辆行为分析3 个步骤。首先利用三帧差法对目标进行初始定位, 采用基于Kalman 预测器的改进跟踪算法对车辆进行跟踪; 然后提出采用最小二乘法自适应分段直线拟合算法对目标跟踪获得的运动轨迹进行快速拟合; 最后结合运动方向变化率和速度变化率两个参数建立车辆异常行为检测模型。实验结果表明, 在道路监控视频中, 该算法能快速准确检测急刹车、急转弯和急转弯刹车等车辆异常行为。     

采用余弦相似度和变预测时域的汽车轨迹追踪控制

为提高自动驾驶汽车在不同车速下轨迹追踪精度、行驶稳定性和控制器的自适应能力,提出一种基于余弦相似度和变预测时域的轨迹追踪控制器。基于传统MPC的轨迹追踪控制器,提出以矩阵的余弦相似度来度量预设状态和实际状态两个矩阵的差异程度,确定预测模型的优化节点,采用模糊控制对预测时域和控制时域进行优化。通过计算机仿真对比试验,结果表明与传统MPC的轨迹追踪控制器相比,所提出的MPC控制器在不同车速下的轨迹追踪精度和车辆稳定性均有明显的提升。     

无控滑翔子弹的气动设计

采用理论与实验相结合的方法进行了滑翔子弹的气动外形设计。风洞试验结果表明，尾翘确有使子弹滑翔的作用。所采取的３项预防滚转措施显著地减小了卷弧翼的滚转力矩。弹道仿真结果表明，滑翔子弹的飞行距离约比常规尾翼子弹增大了８０％，可以有效地扩大子弹的撒布范围     

基于最优解析解的机载布撒武器弹道优化

为解决机载布撒武器射程有限,而防空体系的拦截距离则不断增大,投弹载机被击落的风险越来越大的问题,本文建立了机载布撒武器纵向平面内滑翔飞行运动方程,并基于最优控制理论构造了约束布撒武器末端速度和飞行距离的性能指标泛函,然后根据哈密尔顿原理推导了最优滑翔弹道参数的解析形式.通过与直接打靶+SQP算法的数值直接优化方法进行对比分析,验证了本文所研究的解析形式最优弹道参数求解方法具有更高的计算效率和精度.