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基于改进序列凸化的再入飞行器快速轨迹优化

战术导弹技术 2020年第5期 85-92,156页

作者：王劲博陈洪波中山大学系统科学与工程学院广州510006

针对高超声速飞行器再入快速轨迹优化问题,提出一种改进的序列凸化方法,得到了非线性过程约束的新的近似凸化形式。通过不等式约束两侧取自然对数等变换方法,将动压和热流密度约束转化为二阶锥约束和线性约束的组合,在凸化的同时保留了... 详细信息

针对高超声速飞行器再入快速轨迹优化问题,提出一种改进的序列凸化方法,得到了非线性过程约束的新的近似凸化形式。通过不等式约束两侧取自然对数等变换方法,将动压和热流密度约束转化为二阶锥约束和线性约束的组合,在凸化的同时保留了原约束部分非线性特性,进而可改善序列凸化算法的收敛性能及其解的局部性。同时,变换的近似约束组合具有明确的物理意义。数值仿真验证了改进序列凸化方法的有效性及其在收敛性能上的提升,该方法可为未来空天飞行器在线轨迹优化提供一定参考。

关键词：再入飞行器快速轨迹优化凸优化过程约束改进序列凸化

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再入滑翔飞行器快速轨迹优化及制导方法研究

再入滑翔飞行器快速轨迹优化及制导方法研究

作者：高兴哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

基于快速优化技术的闭环制导方案根据飞行器的当前状态,在线对满足过程约束以及终端约束的轨迹进行在线优化设计,并给出最优的制导控制指令,相对于传统制导方法其制导精度较高且具有较高的抗干扰性与适应性,其中轨迹快速优化技术还能大... 详细信息

基于快速优化技术的闭环制导方案根据飞行器的当前状态,在线对满足过程约束以及终端约束的轨迹进行在线优化设计,并给出最优的制导控制指令,相对于传统制导方法其制导精度较高且具有较高的抗干扰性与适应性,其中轨迹快速优化技术还能大幅度提升总体设计与轨迹设计工作的效率。综上所述,本文针对滑翔飞行器的快速轨迹优化技术以及基于快速优化的闭环制导技术开展研究。详细调研了国内外关于快速轨迹优化及闭环制导技术的研究发展现状,梳理分析了其技术脉络,为研究工作提供参考。针对本文所研究的轨迹优化问题的特点建立了其数学模型,在半速度系下建立了再入数学模型,分析了优化问题应考虑的各类约束条件以及性能指标。现有算法在解决轨迹优化问题时效率通常较低,若将原问题转化为为凸优化问题,求解效率将大为提高。本文采用序列凸化技术提高问题求解速度,序列凸化的核心思想就是通过将非线性动力学和其他非线性约束进行线性化近似,得到近似问题的解。本文采用Radau伪谱法将原问题进行离散,以代数约束表示动力学微分方程约束,经过线性化处理,每一步迭代求解一个凸的子问题,并将每一次迭代得到的最优解作为下一次迭代的线性化参考点,直至最优解收敛。通过仿真验证了该方法的可行性,与基于Radau伪谱法进行离散并采用序列二次规划方法进行求解的传统方法相比,其性能指标基本一致,但求解效率大大提升,验证了提高求解效率的有效性。开展基于滚动时域原理的闭环制导方法研究,采用基于序列凸化技术的优化方法作为最优控制指令的求解方法,考虑轨迹优化周期内开环跟踪轨迹优化结果将制导过程存在较大偏差,本文将传统LQR标准轨迹跟踪方法与滚动时域优化原理相结合,在每一制导周期内基于LQR跟踪方法对上一制导周期内得到的标准轨迹进行跟踪,通过仿真验证了该方法的可行性,在相同组合偏差条件下其制导精度相对于传统LQR轨迹跟踪方法有小幅提升。

关键词：滑翔飞行器快速轨迹优化序列凸化滚动时域再入制导

基于RRT-GPM两阶策略的导弹编队协同突防最优轨迹快速设计

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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中国惯性技术学报 2015年第3期23卷 356-362页

作者：黄荣崔乃刚韦常柱王劲博黄盘兴哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 航天科技集团运载火箭研究院北京100076

为了提高导弹编队的自主飞行能力,在考虑弹间协同相对运动关系(通信、避碰、探测)和突防硬/软约束的情况下,对弹群的多约束快速轨迹优化问题进行了研究。针对高斯伪谱法初值确定困难和快速搜索随机树法结果曲折不寻优难以满足动力学约... 详细信息

为了提高导弹编队的自主飞行能力,在考虑弹间协同相对运动关系(通信、避碰、探测)和突防硬/软约束的情况下,对弹群的多约束快速轨迹优化问题进行了研究。针对高斯伪谱法初值确定困难和快速搜索随机树法结果曲折不寻优难以满足动力学约束的不足,通过对高斯伪谱法快速性的分析和初值选取方法的研究,提出了快速搜索随机树+高斯伪谱法两阶快速轨迹优化策略,充分利用快速搜索随机树法的全空间搜索能力为高斯伪谱法提供寻优初始值,同时利用高斯伪谱法的快速性和最优性对快速搜索随机树法的结果进行平滑和进一步寻优,从而快速获得最优的弹群飞行轨迹。领-从弹编队飞行模式下的仿真结果表明,两阶策略能够快速获得满足各种约束的弹群最优飞行轨迹,优化时间约为单独高斯伪谱法所需时间的20%左右,很大程度上提高了轨迹优化的快速性和准确性,并且证明了不同约束条件对优化速度和优化结果的影响。

关键词：导弹编队快速轨迹优化高斯伪谱法快速搜索随机树两阶优化策略

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月球探测器VTVL避障轨迹快速凸优化

航天控制 2020年第5期38卷 10-16页

作者：王俊赵党军孔春阳中南大学航空航天学院长沙410083

针对月球探测器在有月面地形障碍时的垂直起飞-垂直降落(Vertical Takc-off Vertical Landing,VTVL)飞行轨迹优化问题,基于凸优化方法提出一种避障轨迹优化算法。首先考虑没有地形障碍约束时的VTVL轨迹优化问题,利用无损凸化技术将其转... 详细信息

针对月球探测器在有月面地形障碍时的垂直起飞-垂直降落(Vertical Takc-off Vertical Landing,VTVL)飞行轨迹优化问题,基于凸优化方法提出一种避障轨迹优化算法。首先考虑没有地形障碍约束时的VTVL轨迹优化问题,利用无损凸化技术将其转化为凸优化问题,快速求解获得初始轨迹,在此基础上,利用凸的椭球面将地形障碍转化为避障约束,并基于初始轨迹对该约束进行线性化处理,形成序列凸优化问题进行求解。数值计算结果表明,本文所提方法能快速高效求解具有地形障碍约束的VTVL避障轨迹优化问题。

关键词：凸优化避障月球探测器快速轨迹优化

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基于轨迹优化的高速飞行器先进制导方法研究

战术导弹技术 2013年第4期 70-76页

作者：佘智勇柳青杨志红北京机电工程研究所北京100074

对国外飞行器上升段制导方案进行了详细对比分析,指出了具有实时更新能力的制导算法是未来制导体制的发展趋势,针对飞行器模型高度不确定性所引起的制导误差,提出了带有安全终止机制的先进制导方法,给出了其实现流程、相关难点问题及相... 详细信息

对国外飞行器上升段制导方案进行了详细对比分析,指出了具有实时更新能力的制导算法是未来制导体制的发展趋势,针对飞行器模型高度不确定性所引起的制导误差,提出了带有安全终止机制的先进制导方法,给出了其实现流程、相关难点问题及相应的解决方案,建立了飞行器上升段仿真模型。仿真结果表明,基于快速轨迹优化的先进制导方法能够显著改善飞行器的飞行品质,算法运行高效、可靠。

关键词：快速轨迹优化制导大气层内