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考虑云团衰减作用的激光制导炮弹弹道规划

兵工学报 2024年第2期45卷 474-487页

作者：王庆海陈琦王中原尹秋霖南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

针对多云天气条件下,云团对激光信号产生较大衰减作用从而影响末制导性能这一问题,提出一种考虑云团对激光衰减作用的滑翔增程激光制导炮弹弹道规划方法。经过合理假设建立云团近似模型,在此基础上设计云团规避—控制能量最优复合规避... 详细信息

针对多云天气条件下,云团对激光信号产生较大衰减作用从而影响末制导性能这一问题,提出一种考虑云团对激光衰减作用的滑翔增程激光制导炮弹弹道规划方法。经过合理假设建立云团近似模型,在此基础上设计云团规避—控制能量最优复合规避目标函数(Compound Evasion Objective Function,CEOF)。根据激光导引头工作特性和制导炮弹的飞行特性建立弹道规划模型,采用Radau伪谱法将弹道规划问题转化为非线性规划问题(Non-linear Programming,NLP)。调用NLP求解器SNOPT求解。选取多组云团算例进行仿真分析,仿真结果验证所提弹道规划方法的有效性。研究结果表明,与传统弹道规划方法进行仿真对比,新的弹道规划方法以增加较少动能损耗、控制能量消耗和攻击时长为代价,大幅减少了云团对激光的衰减作用,验证了其优越性。

关键词：激光制导炮弹云团弹道规划 Radau伪谱法

滑翔制导炮弹多炮齐射协同弹道规划与协作范围确定方法

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系统工程与电子技术 2024年第9期46卷 3139-3149页

作者：尹秋霖陈琦王中原王庆海南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

针对滑翔制导炮弹多炮齐射打击固定目标的协同攻击场景,为充分发挥整体控制能力,增强打击效果,研究着眼于弹群的协同方案弹道规划问题。首先,考虑到攻击不同距离目标时飞行方案的侧重点与弹道特性差异,为滑翔制导炮弹进行战区划分,并在... 详细信息

针对滑翔制导炮弹多炮齐射打击固定目标的协同攻击场景,为充分发挥整体控制能力,增强打击效果,研究着眼于弹群的协同方案弹道规划问题。首先,考虑到攻击不同距离目标时飞行方案的侧重点与弹道特性差异,为滑翔制导炮弹进行战区划分,并在此基础上建立寻优指标因战区而异的全弹道协同规划模型。其次,针对实战中的战斗队形配置问题,提出一种简单通用的协作范围确定方法。随后,针对现有协同方式在处理多阶段规划问题时存在的适用性或最优性方面的局限,提出一种双层自适应协同策略。最后,分析特殊作战任务引入的额外约束条件对战区划分与协作范围的影响。仿真结果表明,所提方法可以简捷有效地确定可行工况,辅助战斗队形的配置;同时,相比于传统的分布式策略,在所提的协同策略作用下,不同战区内的方案弹道均具有优越性。

关键词：弹道规划多炮齐射同时弹着战区划分协同策略协作范围

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制导炮弹协同方案弹道快速规划

哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 42-55页

作者：王庆海陈琦王中原尹秋霖南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

为求解复杂的多弹多阶段协同弹道规划问题,提出一种增广集中式-协同弹道规划算法(AC-CTPM)。首先根据制导炮弹飞行过程中各阶段特性建立5阶段弹道规划模型,之后将n_p发制导炮弹的5阶段弹道规划问题组合扩展为较为复杂的5n_p阶段最优控... 详细信息

为求解复杂的多弹多阶段协同弹道规划问题,提出一种增广集中式-协同弹道规划算法(AC-CTPM)。首先根据制导炮弹飞行过程中各阶段特性建立5阶段弹道规划模型,之后将n_p发制导炮弹的5阶段弹道规划问题组合扩展为较为复杂的5n_p阶段最优控制问题,然后采用多阶段Radau伪谱法将无限维最优控制问题(OCP)离散为有限维非线性规划问题(NLP),最后调用成熟的NLP求解器SNOPT求解。为提高对复杂的5n_p阶段最优控制问题的求解效率,在AC-CTPM中提出一种将2D标称弹道转换为3D预测方案弹道的协同弹道规划问题初始值获取方法(IGVAM),每一发制导炮弹分别以各自发射点为原点建立新地面坐标系,在新地面坐标系内快速规划出2D方案弹道,之后通过扩展和坐标转换将新坐标系中规划的2D方案弹道转换成原地面坐标系中的3D方案弹道,这些3D方案弹道组合构成协同弹道规划问题的初始预测。采用AC-CTPM算法对单炮多发、多炮齐射同时弹着任务场景进行仿真求解,获得了满足炮弹自身约束以及协同约束的协同方案弹道,验证了AC-CTPM算法的有效性。与分布式协同弹道规划算法(D-CTPM)以及传统集中式协同弹道规划算法(TC-CTPM)进行仿真对比,结果表明:AC-CTPM算法规划的协同方案弹道的目标函数平均比TC-CTPM算法优5.07%,比D-CTPM算法优32.98%,而AC-CTPM算法的求解耗时却比TC-CTPM算法减少86.48%,比D-CTPM减少82.36%,验证了AC-CTPM算法的优越性。

关键词：制导炮弹多弹协同初始预测获取快速弹道规划 Radau伪谱法

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旋转稳定弹动力学弹道特性分析

北京理工大学学报 2024年第9期44卷 904-912页

作者：黄成王中原常思江南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

不同弹箭的飞行弹道特性对指导外弹道设计、构建一些弹道判据等有重要意义.文章基于弹箭飞行动力学方程组及合理简化,对旋转稳定弹飞行弹道上的质心加速度变化、旋转角加速度变化等动力学弹道环境特性状况,以及旋转圈数同飞行距离的关... 详细信息

不同弹箭的飞行弹道特性对指导外弹道设计、构建一些弹道判据等有重要意义.文章基于弹箭飞行动力学方程组及合理简化,对旋转稳定弹飞行弹道上的质心加速度变化、旋转角加速度变化等动力学弹道环境特性状况,以及旋转圈数同飞行距离的关系等进行了研究,分析得出了它们沿飞行弹道上的变化规律,并建立了相关关系表达式和判据.对两种型号的旋转稳定弹进行外弹道仿真计算,验证了结论的正确性.这些空气弹道特性的研究结果,将对今后开展一些新型弹箭方案研究、弹药信息化利用、控制飞行与安全性设计等提供技术支持.

关键词：弹道特性旋转稳定弹飞行动力学旋转角加速度

一种基于轨迹预测的滑翔制导炮弹时间约束末制导律扩展方法

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弹道学报 2024年第2期36卷 21-28,73页

作者：尹秋霖陈琦王中原马帅南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

针对滑翔制导炮弹末制导过程中的攻击角度与攻击时间控制问题,为简化制导律设计、方便工程应用,提出了一种将现有高性能非时间约束制导律扩展为可处理时间约束形式的方案。该方案以非线性导引模型为基础、现有制导律作用下的弹丸飞行轨... 详细信息

针对滑翔制导炮弹末制导过程中的攻击角度与攻击时间控制问题,为简化制导律设计、方便工程应用,提出了一种将现有高性能非时间约束制导律扩展为可处理时间约束形式的方案。该方案以非线性导引模型为基础、现有制导律作用下的弹丸飞行轨迹为参考轨迹,通过为弹丸预设合理的飞行时间并结合轨迹预测的方法,将滑翔制导炮弹的末制导过程分为2个阶段。第一阶段制导炮弹在扩展后的制导律作用下飞行,通过增加参考轨迹曲率、延长弹丸飞行时间的方式使攻击时间误差在有限时间内收敛至零;第二阶段制导炮弹在原始制导律作用下飞行,直至命中目标以满足脱靶量与攻击角约束。同时,通过不同工况下的大量仿真,研究了设计参数的取值范围对第一阶段中弹丸攻击时间误差收敛性能的影响。该扩展方案的推导过程无需现有制导律的显式表达,具有一定的通用性。研究结果表明:通过合理的参数设置,扩展方案可以在现有制导律的基础上实现攻击时间控制,且制导指令光滑,需用过载较小,符合作战任务要求。

关键词：滑翔制导炮弹末制导速度时变攻击时间控制攻击角约束轨迹预测

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鸭舵式双旋弹舵翼非线性控制力建模与分析

兵工学报 2024年第8期45卷 2607-2616页

作者：赵新新史金光王中原张宁南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

鸭舵式双旋弹通过调节前体滚转角方位进行弹道修正,建立准确的舵翼控制力模型是深入研究其弹道特性和进行弹道设计的关键。综合考虑弹体和各片舵翼之间的干扰作用,在非滚转系中利用傅里叶级数对前体纵向对称面相对复攻角平面方位改变产... 详细信息

鸭舵式双旋弹通过调节前体滚转角方位进行弹道修正,建立准确的舵翼控制力模型是深入研究其弹道特性和进行弹道设计的关键。综合考虑弹体和各片舵翼之间的干扰作用,在非滚转系中利用傅里叶级数对前体纵向对称面相对复攻角平面方位改变产生的周期性效应进行变换,建立适用于该类炮弹大攻角飞行的精确舵翼控制力工程计算模型,从原理上显示其与四片舵翼结构参数、复攻角幅值和相位以及前体滚转角方位间的关系。通过计算流体力学数值方法对不同前体滚转角和复攻角下的舵翼控制力进行仿真分析。研究结果表明:受一对减旋舵和操纵舵的法向力共同影响,舵翼控制力的大小和方向变化均呈现出强非线性特征,在大攻角条件下尤其突出;在任意复攻角和前体滚转角情况下,所建模型能够准确描述鸭舵式双旋弹的舵翼控制力及各因素对它的影响,为该类炮弹的前体结构设计、弹道特性分析和弹道设计等提供了理论依据与参考。

关键词：鸭舵式双旋弹舵翼控制力非线性数值计算

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一种顾及参数稀疏的GNSS瞬时钟差模型

大地测量与地球动力学 2024年第3期44卷 263-266,320页

作者：周圣淇王中元胡超王瑞光姚雪燕中国矿业大学环境与测绘学院江苏省221116 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽省232001

提出一种顾及参数稀疏的GNSS瞬时钟差模型构建算法,该算法通过在最小二乘多项式拟合中附加L 1范数项(Lasso)进行约束,并采用滑动建模的方式拟合钟差模型,即滑动Lasso拟合法。使用GFZ 300 s钟差产品作为训练数据,通过10折交叉验证获得正... 详细信息

提出一种顾及参数稀疏的GNSS瞬时钟差模型构建算法,该算法通过在最小二乘多项式拟合中附加L 1范数项(Lasso)进行约束,并采用滑动建模的方式拟合钟差模型,即滑动Lasso拟合法。使用GFZ 300 s钟差产品作为训练数据,通过10折交叉验证获得正则化参数,建立钟差模型,并与常用的钟差建模加密算法进行卫星钟差拟合精度与PPP定位精度对比。实验结果表明,滑动Lasso拟合法在进行钟差拟合建模时,对于局部钟差数据中出现跳变过大的钟差值,可以有效消除其在拟合过程中对模型造成的影响,防止模型过拟合,进而提高钟差模型的拟合精度与PPP定位精度。

关键词： Lasso 交叉验证稀疏模型钟差建模滑动式

Acceleration tracking control for a spinning glide guided projectile with multiple disturbances

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Chinese Journal of Aeronautics 2020年第12期33卷 3405-3422页

作者： Qi CHEN Xugang wang Jing YANG zhongyuan wang School of Energy and Power Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094China No.203 Research Institute of China Ordnance Industries Xi'an 710065China

A novel acceleration tracking controller is proposed in this paper, for a Spinning Glide Guided Projectile(SGGP) subject to cross-coupling dynamics, external disturbances, and parametric uncertainties. The cross-coupled dynamics for the SGGP are formulated with mismatched and matched uncertainties, and then divided into acceleration and angular rate subsystems via the hierarchical principle. By exploiting the structural property of the SGGP, model-assisted Extended State Observers(ESOs) are designed to estimate online the lumped disturbances in the acceleration and angular rate dynamics. To achieve a rapid response and a strong robustness, integral sliding mode control laws and sigmoid-function-based tracking differentiators are integrated into the ESO-based Trajectory Linearization Control(TLC) framework. It is proven that the acceleration tracking controller can guarantee the ultimate boundedness of the signals in the closed-loop system and make the tracking errors arbitrarily small. The superiority and effectiveness of the proposed control scheme in its decoupling ability, accurate acceleration tracking performance and antidisturbance capability are validated through comparisons and extensive simulations.

关键词： Spinning glide guided projectile Cross-coupling Acceleration tracking Nonlinear control Extended state observer

考虑时空协同的滑翔制导炮弹单炮多发快速弹道规划

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兵工学报 2024年第3期45卷 798-809页

作者：尹秋霖陈琦王中原王庆海南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

针对单炮多发应用场景,研究在时间、空间协同等多约束条件下的滑翔制导炮弹快速协同弹道规划问题。为平衡序列凸优化(Sequential Convex Programming,SCP)算法在快速性与最优性之间的冲突,提出一种改进的SCP算法;考虑到多约束条件下可... 详细信息

针对单炮多发应用场景,研究在时间、空间协同等多约束条件下的滑翔制导炮弹快速协同弹道规划问题。为平衡序列凸优化(Sequential Convex Programming,SCP)算法在快速性与最优性之间的冲突,提出一种改进的SCP算法;考虑到多约束条件下可行域较小、初值敏感性较高的特点,设计两种迅速且有效的迭代初值生成方案;为充分发挥弹群整体控制能力,采取集中式的协同规划策略,同步求解所有方程组,以达成全局规划目标。仿真实验结果表明,新算法能够较好地解决多约束条件下的协同规划问题,与现有文献中的常见算法进行对比,具备良好的收敛性能和较高的计算效率。

关键词：滑翔制导炮弹协同弹道规划单炮多发多约束快速规划