基于Gauss伪谱法的临近空间飞行器上升段轨迹优化 被引量：50

1

作者 宗群 田栢苓 窦立谦 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1775-1781,共7页

综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pse... 综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)的求解策略。首先,依据气动数据特点,设计拟合模型对气动参数进行高精度拟合;其次,为避免间接法和传统直接法的缺点,将Gauss伪谱法和序贯二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)相结合,对存在边值及加速度约束的轨迹优化问题进行求解,获得最优飞行轨迹。仿真结果表明,在更为真实的飞行环境下,利用GPM和SQP相结合的方法可在5.83s获得一条精度为10-4～10-6左右的飞行轨迹。 展开更多

关键词 临近空间飞行器 上升段轨迹优化 气动数据 GAUSS伪谱法 序贯二次规划

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高超声速飞行器上升段最优制导间接法研究 被引量：25

2

作者 李惠峰 李昭莹 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期297-302,共6页

高超声速飞行器的机身-推进一体化设计使得气动和推进之间存在强非线性耦合,本文针对高超声速飞行器的特点,提出了求解最优上升轨迹的一种可行方案。在零侧滑角和力矩瞬间平衡假设下对上升段飞行问题进行最优建模,将质量引入为状态量,... 高超声速飞行器的机身-推进一体化设计使得气动和推进之间存在强非线性耦合,本文针对高超声速飞行器的特点,提出了求解最优上升轨迹的一种可行方案。在零侧滑角和力矩瞬间平衡假设下对上升段飞行问题进行最优建模,将质量引入为状态量,以最省燃料为指标,以推力方向为最优控制量,根据极大值原理推导一阶最优条件。为数值求解两点边值问题,以解析解作为初始猜想,应用经典的有限差分方法和改进的牛顿法,在满足攻角过程约束下,通过同伦算法迭代求解最优轨迹。仿真在给定的初始约束和终端约束下进行,结果表明该制导算法能够实现对高超声速飞行器上升轨迹的优化,以参考面积为同伦参数的迭代方法,能够保证算法的收敛性和快速性。 展开更多

关键词 高超声速飞行器 最优控制 两点边值问题 上升段制导 轨迹优化

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基于粒子群算法的固体运载火箭上升段弹道优化设计研究 被引量：32

3

作者 杨希祥 江振宇 张为华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1304-1309,共6页

应用粒子群优化算法研究了固体运载火箭上升段弹道优化设计问题。设计了固体运载火箭上升段飞行程序,构建了固体运载火箭弹道优化设计问题的粒子群算法,通过控制参数改进和引入函数拉伸策略,对算法进行了改进。仿真计算结果表明,粒子群... 应用粒子群优化算法研究了固体运载火箭上升段弹道优化设计问题。设计了固体运载火箭上升段飞行程序,构建了固体运载火箭弹道优化设计问题的粒子群算法,通过控制参数改进和引入函数拉伸策略,对算法进行了改进。仿真计算结果表明,粒子群优化算法能有效解决固体运载火箭弹道优化设计问题,优化方案末助推级液体推进剂消耗比原方案减少11.1%,算法收敛速度快,需设置参数少,易于工程实现。可为固体运载火箭弹道优化设计提供理论参考。 展开更多

关键词 固体运载火箭 上升段弹道优化 粒子群优化算法

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固体运载火箭上升段弹道快速设计方法研究 被引量：10

4

作者 杨希祥 江振宇 张为华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期993-997,共5页

针对机动发射固体运载火箭开展上升段弹道快速设计方法研究。设计了固体运载火箭上升段飞行程序,应用修正牛顿迭代法求解上升段弹道控制参数,推导了迭代算法公式。针对牛顿迭代法收敛精度和速度受初值影响的问题,基于数据插值和拟合方法... 针对机动发射固体运载火箭开展上升段弹道快速设计方法研究。设计了固体运载火箭上升段飞行程序,应用修正牛顿迭代法求解上升段弹道控制参数,推导了迭代算法公式。针对牛顿迭代法收敛精度和速度受初值影响的问题,基于数据插值和拟合方法,研究了迭代初值生成技术。仿真结果表明,设计的求解算法可以实现固体运载火箭上升段弹道快速生成,收敛精度满足设计要求。 展开更多

关键词 运载火箭 上升段弹道 快速设计 牛顿迭代法

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临近空间高超声速目标上升段拦截需求分析 被引量：4

5

作者 李剑斌 谭贤四 +1 位作者 李志淮 吴聪 《现代防御技术》 北大核心 2014年第5期31-35,90,共6页

针对临近空间高超声速目标(NSHT)防御问题,从NSHT的特点出发分析上升段拦截面临的难点,并建立了空基拦截模型,以此为基础分析拦截武器所需的能力并确定其指标,对于拦截系统的建设具有一定的借鉴意义。

关键词 临近空间 上升段 拦截 需求分析

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基于混合粒子群法的RLV上升段轨迹优化 被引量：7

6

作者 张鼎逆 刘毅 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期54-59,共6页

针对可重复使用运载器(RLV)轨迹优化问题,提出了一种混合粒子群法(HPSO).算法采用改进粒子群算法与序列二次规划法相组合的优化方法,应用了一种新的粒子群划分方案,引入调节搜索速度的时变惯性因子,改进了速度和位置的更新策略.给出了... 针对可重复使用运载器(RLV)轨迹优化问题,提出了一种混合粒子群法(HPSO).算法采用改进粒子群算法与序列二次规划法相组合的优化方法,应用了一种新的粒子群划分方案,引入调节搜索速度的时变惯性因子,改进了速度和位置的更新策略.给出了上升段轨迹优化问题的飞行运动学方程、发动机模型、气动力模型、约束条件;确定了优化设计步骤,包括配点离散、多邻域改进PSO、HPSO混合策略;并对最小燃料消耗问题进行了优化分析.计算结果表明:HPSO算法在没有合适初始值的情况下,仍能得到满意的全局最优解,具有正确性、高效性和鲁棒性好等优点,可以很好地解决RLV轨迹优化问题. 展开更多

关键词 直接配点法 粒子群法 序列二次规划 可重复使用运载器 上升段轨迹优化

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一种运载火箭上升段轨迹的高精度确定方法 被引量：6

7

作者 郭军海 赵华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1018-1023,共6页

针对运载火箭上升段轨迹建模问题，采用自由节点样条模型描述轨迹变化规律，将轨迹确定中的参数估计转化为对样条函数系数估计，从而大量减少待估参数个数，有效提高参数估计精度。在此基础上，提出利用遗传算法优选测量元素的方法。在... 针对运载火箭上升段轨迹建模问题，采用自由节点样条模型描述轨迹变化规律，将轨迹确定中的参数估计转化为对样条函数系数估计，从而大量减少待估参数个数，有效提高参数估计精度。在此基础上，提出利用遗传算法优选测量元素的方法。在基本遗传算法框架下，通过对测量元素进行染色体编码、构造基于加权排序的适应值函数以及设计改进的比例选择算子，对整个测量元素组合空间进行充分搜索寻优。利用典型上升段轨迹和布站对该方法进行数值仿真，结果表明，本文提出的新方法比现有方法的位置确定精度提高了92．O％～94．4％；在均采用自由节点样条模型进行融合轨迹确定时，新方法比典型测元融合解算的位置确定精度也提高了16．4％～88．6％． 展开更多

关键词 运载火箭 上升段 测元融合 遗传算法

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基于Gauss伪谱法的固体运载火箭上升段轨迹快速优化研究 被引量：61

8

作者 杨希祥 张为华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期15-21,共7页

研究Gauss伪谱法在多级固体运载火箭上升段轨迹快速优化设计中的应用。针对多级固体运载火箭上升段轨迹优化的特点,研究了求解多阶段最优控制问题的Gauss伪谱法,引入连接点概念处理间断点,设计了边界控制变量计算方法。为进一步提高轨... 研究Gauss伪谱法在多级固体运载火箭上升段轨迹快速优化设计中的应用。针对多级固体运载火箭上升段轨迹优化的特点,研究了求解多阶段最优控制问题的Gauss伪谱法,引入连接点概念处理间断点,设计了边界控制变量计算方法。为进一步提高轨迹优化速度,设计了含初值生成器的Gauss伪谱法串行轨迹优化策略,实现了固体运载火箭上升段轨迹快速优化。仿真结果表明,采用提出的优化方法优化一条上升段轨迹所用时间为2～3分钟,终端约束和路径约束均得到很好满足,算法求解精度高,对初值依赖性小,设计的边界控制变量计算方法可行。 展开更多

关键词 GAUSS伪谱法 运载火箭 上升段轨迹 优化

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基于特征参数的吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化 被引量：4

9

作者 丁洪波 蔡洪 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期296-300,310,共6页

针对吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化问题,提出并研究了基于特征参数的轨迹优化方法。首先,建立了吸气式高超声速飞行器动力学模型,给出了气动力和推力模型。根据上升段轨迹特性,建立了基于指数函数和多项式的控制变量的取值模型。... 针对吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化问题,提出并研究了基于特征参数的轨迹优化方法。首先,建立了吸气式高超声速飞行器动力学模型,给出了气动力和推力模型。根据上升段轨迹特性,建立了基于指数函数和多项式的控制变量的取值模型。该模型取决于若干特征参数,从而将一个求解泛函的最优控制问题转化为求解特征参数的非线性规划问题,并采用序列二次规划算法求解。针对初值敏感性,提出了基于遗传算法的初值选取方法,以及基于物理意义的手动选取方法。 展开更多

关键词 吸气式高超声速飞行器 上升段 特征参数 轨迹优化 初值选取

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RBCC飞行器上升段飞行走廊规划方法 被引量：5

10

作者 陈婷婷 孙春贞 《兵工自动化》 2019年第12期50-53,共4页

为解决火箭基组合动力飞行器上升段飞行过程中飞行走廊规划的问题,提出一种基于马赫数-高度参考曲线的走廊规划方法。针对飞行器的飞行任务及飞行过程中的多约束问题,建立基于二分法求解迎角实现走廊规划的算法流程,选择马赫数-高度曲... 为解决火箭基组合动力飞行器上升段飞行过程中飞行走廊规划的问题,提出一种基于马赫数-高度参考曲线的走廊规划方法。针对飞行器的飞行任务及飞行过程中的多约束问题,建立基于二分法求解迎角实现走廊规划的算法流程,选择马赫数-高度曲线作为走廊剖面,依据二分法求解迎角最大值最小值的思路,对马赫数和迎角二分求解,并对规划方法进行了仿真分析。仿真结果表明,该方法能够在满足各种约束的情况下求解出合理的走廊剖面。 展开更多

关键词 组合动力飞行器 上升段 飞行走廊规划 二分法

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可重复使用运载器上升段飞行控制 被引量：1

11

作者 贺成龙 陈欣 吴了泥 《应用科学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期216-220,共5页

上升段是整个可重复使用运载器任务飞行的初始阶段,这个阶段中飞行器重心、大气环境和运动状态变化较快.为便于分析整个飞行过程的特性,保证可重复使用运载器在整个飞行过程中具有良好的稳定性与操纵性,该文将上升段分为投放分离段、拉... 上升段是整个可重复使用运载器任务飞行的初始阶段,这个阶段中飞行器重心、大气环境和运动状态变化较快.为便于分析整个飞行过程的特性,保证可重复使用运载器在整个飞行过程中具有良好的稳定性与操纵性,该文将上升段分为投放分离段、拉起点火段、动力爬升段和无动力爬升段.通过分析各段的飞行特点并结合轨迹线性化技术,采取不同的控制策略设计了前馈与反馈控制律,前馈控制用于提高控制系统的非线性跟踪能力,反馈控制增强控制系统的鲁棒性.非线性仿真结果表明,控制方案能满足上升段的飞行控制要求,实现姿态的快速跟踪. 展开更多

关键词 可重复使用运载器 上升段 轨迹线性化 飞行控制 非线性仿真

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载人飞船上升段轨道的Newton迭代设计法 被引量：7

12

作者 陈克俊 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第2期66-71,共6页

本文对载人飞船上升段轨道的一种工程设计方法进行了探讨。该方法的特点是根据上升段飞行的特征,运用飞行力学原理选定其控制规律的数学模型,然后根据上升段轨道的中间约束条件和终端约束条件,利用Newton迭代法确定模型中的各待定参数... 本文对载人飞船上升段轨道的一种工程设计方法进行了探讨。该方法的特点是根据上升段飞行的特征,运用飞行力学原理选定其控制规律的数学模型,然后根据上升段轨道的中间约束条件和终端约束条件,利用Newton迭代法确定模型中的各待定参数。本文给出了该设计方法的流程图,并通过模拟计算论证了该设计方法的可行性。 展开更多

关键词 载人飞船 上升段 轨道设计 工程法

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上升段引力常数变化及其对弹道导弹运动的影响 被引量：3

13

作者 郑伟 汤国建 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2008年第3期12-14,共3页

对上升段引力常数的变化进行了系统的分析,建立了上升段引力常数变化的分析模型,给出了大气层引力及引力常数随高度的变化,并将结果应用到洲际导弹的弹道计算中。通过分析,上升段引力常数的变化对10 000 m射程导弹的影响约在米的量级,... 对上升段引力常数的变化进行了系统的分析,建立了上升段引力常数变化的分析模型,给出了大气层引力及引力常数随高度的变化,并将结果应用到洲际导弹的弹道计算中。通过分析,上升段引力常数的变化对10 000 m射程导弹的影响约在米的量级,在一般计算中可不予考虑。 展开更多

关键词 引力常数 弹道导弹 上升段

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RBCC高超声速飞行器上升段轨迹快速优化 被引量：4

14

作者 闫循良 王舒眉 +1 位作者 王培臣 刘海礼 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1064-1072,共9页

针对火箭基组合循环(RBCC)高超声速飞行器上升段轨迹设计所具有的动力系统工作模态复杂、推力与飞行状态存在强耦合、模型强非线性且存在多种复杂约束限制等典型特征,设计了一种基于序列凸优化的RBCC动力上升段轨迹快速优化方法。针对... 针对火箭基组合循环(RBCC)高超声速飞行器上升段轨迹设计所具有的动力系统工作模态复杂、推力与飞行状态存在强耦合、模型强非线性且存在多种复杂约束限制等典型特征,设计了一种基于序列凸优化的RBCC动力上升段轨迹快速优化方法。针对攻角控制系统是否存在二阶滞后情况,分别建立了适用于RBCC高超声速飞行器上升段轨迹优化的数学模型。基于凸优化理论对原优化模型进行凸化和离散化处理,进而设计了改进的轨迹优化求解策略。以末端机械能最大为优化指标,针对攻角控制系统存在/不存在二阶滞后的情况分别进行了上升段轨迹优化仿真。结果表明,所构建模型和轨迹优化方法可以快速、有效地完成RBCC高超声速飞行器上升段轨迹优化,优化结果符合RBCC动力系统工作特点,且可为RBCC动力运用和攻角控制系统设计提供参考。 展开更多

关键词 RBCC 高超声速飞行器 上升段轨迹优化 序列凸优化 控制系统二阶滞后

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基于二维FRFT压缩的上升段弹道目标成像 被引量：1

15

作者 尹治平 陈卫东 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期2074-2079,共6页

上升段弹道目标相对于雷达不仅具有很高的径向速度,而且转动速度也近似为匀加速转动,使得去斜后的差频信号和多普勒回波均为多分量线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号,若仍采用基于离散傅里叶变换的距离-多普勒(range Doppl... 上升段弹道目标相对于雷达不仅具有很高的径向速度,而且转动速度也近似为匀加速转动,使得去斜后的差频信号和多普勒回波均为多分量线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号,若仍采用基于离散傅里叶变换的距离-多普勒(range Doppler,RD)方法成像,将造成图像在径向和横向的散焦。本文借助分数阶傅里叶变换完成距离压缩和方位压缩,分别在能量聚集性最佳的分数阶谱域提取散射点的距离像和横向像,获得良好的聚焦效果。最后,通过对GRECO软件模拟数据的处理,验证了本文方法的有效性。 展开更多

关键词 逆合成孔径雷达 上升段弹道目标 距离压缩 方位压缩 分数阶傅里叶变换

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联立法求解月面上升段最优轨迹的快速收敛控制技术 被引量：1

16

作者 邱丰 宋征宇 《载人航天》 CSCD 2015年第1期6-12,18,共8页

为了更好地解决复杂约束下的航天器月面上升段在线轨迹规划问题,提出了一种求解最优轨迹的联立框架。首先利用有限元正交配置法将状态变量和控制变量完全离散化,得到一个非线性规划命题。考虑到命题中含有较多的不等式约束并且会随着有... 为了更好地解决复杂约束下的航天器月面上升段在线轨迹规划问题,提出了一种求解最优轨迹的联立框架。首先利用有限元正交配置法将状态变量和控制变量完全离散化,得到一个非线性规划命题。考虑到命题中含有较多的不等式约束并且会随着有限元的增加而增加,故采用内点算法对非线性规划命题进行求解。离散化后的非线性规划命题的规模大幅度增加,导致了优化计算难度的加大和求解时间的增加,为了便于联立法的在线应用,采用收敛深度控制策略从平衡解的精度和计算效率的角度来改进优化算法的实时性。以某航天器载人返回任务月面上升段场景为算例进行仿真,结果表明基于联立法求得的最优控制量序列得到的飞行轨迹满足轨道根数的精度要求,同时利用收敛深度控制策略可以实现快速收敛控制。 展开更多

关键词 月面上升段 联立法 收敛深度控制 轨迹规划

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基于反馈线性化的可重复使用运载器上升段闭环制导

17

作者 贺成龙 陈欣 黄一敏 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期722-726,共5页

可重复使用运载器上升段轨迹跟踪是通过姿态跟踪间接实现的,采用开环制导方式,气动或者推力的不确定性可能会导致轨迹末端高度偏差较大,因此研究一种合适的闭环制导方式是非常必要的。本文采用基于输入输出反馈线性化的技术设计上升段... 可重复使用运载器上升段轨迹跟踪是通过姿态跟踪间接实现的,采用开环制导方式,气动或者推力的不确定性可能会导致轨迹末端高度偏差较大,因此研究一种合适的闭环制导方式是非常必要的。本文采用基于输入输出反馈线性化的技术设计上升段标准轨道的跟踪方法,结合上升段飞行特点,动力爬升段和无动力爬升段分别通过反馈线性化技术将高度转化成与俯仰角和迎角的线性关系,然后通过线性系统技术设计闭环制导律,易于工程实现。非线性仿真结果表明,设计的制导策略能很好地实现轨迹跟踪。 展开更多

关键词 可重复使用运载器 上升段 闭环制导 反馈线性化 轨迹跟踪

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可重复使用运载器的上升段轨迹线设计

18

作者 贺成龙 陈欣 杨一栋 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期1034-1037,共4页

可重复使用运载器的上升段飞行过程较为复杂,其轨迹线设计是一个多约束的非线性规划问题,优化求解较为困难。为形成较为实用的上升段轨迹线设计策略,将上升段分成投放分离段、拉起点火段、动力爬升段和无动力爬升段四段进行分析设计。... 可重复使用运载器的上升段飞行过程较为复杂,其轨迹线设计是一个多约束的非线性规划问题,优化求解较为困难。为形成较为实用的上升段轨迹线设计策略,将上升段分成投放分离段、拉起点火段、动力爬升段和无动力爬升段四段进行分析设计。通过各段运动特点的分析,各段采用不同的轨迹策略,确定所需要设计的参数及其范围,将各种物理约束及末端条件约束转换成适应度函数,最后将轨迹优化问题转化成设计参数的寻优问题,通过具有很强非线性搜索能力的粒子群优化算法对参数进行优化求解。结果表明,设计的轨迹线能很好地满足任务指标。 展开更多

关键词 可重复使用运载器 上升段 轨迹线设计 粒子群优化算法

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一种多级全固体运载火箭上升段自主制导方法 被引量：8

19

作者 张迁 许志 李新国 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期19-28,共10页

针对多子级全固体运载火箭在终端多约束下的耗尽关机制导问题,设计了一种基于"助推-滑行-助推"飞行模式的真空段自主制导方法。根据轨道动量矩守恒定律,推导出一种同时具有速度和位置矢量约束的定点制导算法(PA)。在PA理论基... 针对多子级全固体运载火箭在终端多约束下的耗尽关机制导问题,设计了一种基于"助推-滑行-助推"飞行模式的真空段自主制导方法。根据轨道动量矩守恒定律,推导出一种同时具有速度和位置矢量约束的定点制导算法(PA)。在PA理论基础上,建立了满足能量匹配的滑行轨道非线性方程组并降阶至一维迭代求解,解决了多级固定总冲约束的两点边值问题。蒙特卡洛仿真结果表明:该算法对固体运载火箭模型的参数偏差和不确定性具有强鲁棒性,并对多终端轨道任务(不同轨道高度和不同载荷质量)具有较强的自适应能力,因此该算法具有重要的理论意义和工程应用价值。 展开更多

关键词 固体火箭 助推-滑行-助推 上升段制导 定点制导算法 耗尽关机 两点边值问题

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基于改进hp自适应伪谱法的高超声速飞行器上升段轨迹规划 被引量：5

20

作者 刘瑞帆 于云峰 闫斌斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期790-797,共8页

针对高超声速飞行器的上升段轨迹优化问题,提出了一种改进的hp自适应Radau伪谱法。该算法将轨迹划分为多个子区间,采用双层优化策略迭代调整子区间个数和区间内的配点数。首先,以微分-代数约束在采样点处的相对误差作为解的误差评估准则... 针对高超声速飞行器的上升段轨迹优化问题,提出了一种改进的hp自适应Radau伪谱法。该算法将轨迹划分为多个子区间,采用双层优化策略迭代调整子区间个数和区间内的配点数。首先,以微分-代数约束在采样点处的相对误差作为解的误差评估准则;在需要提高精度的区间,将相对误差作为迭代判据,若通过相对误差求得的多项式阶数小于允许的最大阶数,增加区间内的配点数(p法);否则,细化时间区间(h法)来提高求解精度。仿真结果表明,相较于h方法和p方法,文中的算法在求解最优问题时配点总数更少,求解效率更高。 展开更多

关键词 上升段 轨迹优化 hp自适应 伪谱法 高超声速飞行器

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