【摘要】：飛行器的多地面基站接力制導是通過散布于不同空間位置且制導作用范圍能夠覆蓋較大空間的多個基站依次為飛行器接續(xù)制導的聯(lián)合制導方法。這種制導方式不僅可靠性強,而且可以有效延伸導彈、無人機等飛行器的可控飛行范圍。多基站接力制導約束的飛行器航路規(guī)劃問題是實現(xiàn)這種具有前沿性的先進制導方式所需解決的一個關(guān)鍵問題。本文研究的多站接力制導約束的飛行器航路規(guī)劃問題主要考慮在多個地面基站聯(lián)合接力制導的前提下,如何為飛行器規(guī)劃出一條能夠滿足各種制導約束且快速抵達目標點的航路。首先,對多站接力制導航路規(guī)劃中的要素和多約束條件進行分析。考慮的要素包括地面基站、制導交接方式、多站接力制導組合的選擇、飛行器與目標;考慮的約束條件包括地面基站制導范圍約束、制導交接區(qū)域飛行時間約束(制導交接約束)、飛行器與動目標相遇時間差約束、飛行器最大轉(zhuǎn)彎角約束、飛行器曲率約束。其中,制導交接約束使得本文的航路規(guī)劃問題有別于一般的航路規(guī)劃問題,也是本文航路規(guī)劃研究的主要難點。其次,介紹了多站接力制導航路規(guī)劃的共性問題與優(yōu)化方法。多站接力制導組合的選擇是本文航路規(guī)劃研究的共性問題,對于同一目標,當存在多種地面基站制導組合時,本文提出了如何優(yōu)化選擇其中最優(yōu)制導組合的方法,為進一步的航路規(guī)劃奠定了基礎(chǔ);本文研究的多站接力制導航路規(guī)劃為連續(xù)域問題,而差分進化算法不僅操作簡單而且在連續(xù)域問題的研究中具有較強的全局搜索能力,所以本文采用差分進化作為航路規(guī)劃問題的優(yōu)化求解算法,并建立了基于差分進化算法的航路規(guī)劃基本框架。再次,對于飛行器轉(zhuǎn)彎半徑遠小于地面基站制導圓半徑,曲率約束可忽略的情形,分別針對靜目標和動目標的飛行器航路規(guī)劃展開研究。根據(jù)多站接力制導航路規(guī)劃問題的特點,本文提出了航路點角度編碼方式,通過角度(一個變量)代替坐標(兩個變量)來表達航路點的位置,這種方式壓縮了搜索空間,便于航路的表達與約束的處理。針對靜目標的飛行器航路規(guī)劃包含兩種情形:考慮和不考慮最大轉(zhuǎn)彎角約束;針對動目標的飛行器航路規(guī)劃是通過求飛行器和動目標到達同一終點的時間差,并判斷其是否滿足時差約束,然后將針對動目標的飛行器航路規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為針對靜目標的飛行器航路規(guī)劃問題處理。最后,對于飛行器轉(zhuǎn)彎半徑相對于地面基站制導圓半徑較大,曲率約束不可忽略的情形,提出了基于Dubins路徑的航路規(guī)劃方法。其中,航路點位置通過差分進化進行優(yōu)化,各航路點處飛行器的朝向隨機生成,這種方式顯著減小了計算代價。對于基于Dubins路徑的航路規(guī)劃方法在交接區(qū)域路徑長度約束較難滿足時難以找到可行航路的問題,通過對交接區(qū)域內(nèi)最長路徑的研究,挖掘出最長路徑模式的先驗知識,提出了基于交接區(qū)域內(nèi)最長路徑模式的Dubins航路規(guī)劃。設計了對比計算實驗,并對實驗結(jié)果進行分析,發(fā)現(xiàn)當制導交接區(qū)域路徑長度約束較難滿足時,基于交接區(qū)域內(nèi)最長路徑模式的Dubins航路規(guī)劃方法明顯優(yōu)于基于Dubins路徑的航路規(guī)劃方法。通過上述研究,本文為多地面基站接力制導約束的飛行器航路規(guī)劃提供了可行的解決方法。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249;TJ765
【圖文】：

北京理工大學碩士學位論文9圖 2.1 地基雷達站的二維模型示意圖2.1.2 制導交接方式對于現(xiàn)代防空導彈武器系統(tǒng)來說，協(xié)同制導不僅能夠增強中遠程空防能力，還能為戰(zhàn)術(shù)的靈活運用提供支持，從而在整體上提高了系統(tǒng)的對抗能力[62]。其中，制導交接方式是指導彈在多個地面基站之間如何交接制導權(quán)的問題。如圖 2.2 所示，作戰(zhàn)平臺 1 通過目標指示系統(tǒng)獲得目標的位置和運動數(shù)據(jù)等信息，平臺 1 發(fā)射出導彈 M 對來襲目標 T 進行攔截。導彈先是進入垂直發(fā)射階段隨后到中間制導階段，由平臺 1 對目標 T 進行追蹤，并向?qū)棸l(fā)射探測到的目標信息，轉(zhuǎn)化為程序指令來控制其飛行。在導彈 M 飛離平臺 1 的制導范圍之前，平臺 1 通過把“制導權(quán)”移交給相鄰的作戰(zhàn)平臺來實現(xiàn)協(xié)同制導。制導交接成功之后

圖 2.2 制導交接過程[63]下，多個雷達站之間的制導交接方式分為兩種：直接交接與間在平臺 1 交替為平臺 2 提供制導資源之前，始終由平臺 1 對目同時向平臺 2 提供目標的信息，即直接交接方式就是導彈不會圍，“制導權(quán)”在平臺 1 或在平臺 2。間接交接與直接交接不不在平臺 1 且也不在平臺 2 的制導范圍內(nèi)的情況，通過預測的的位置，從而繼續(xù)接力制導。多個雷達站間的交接一般存在以X R為兩個作戰(zhàn)平臺制導范圍重疊區(qū)域的寬度，當它滿足X R 最大的飛行速度，1t 是完成交接所需的時間），則采取直接交接

圖 2.2 制導交接過程[63]多個雷達站之間的制導交接方式分為兩種：直接交臺 1 交替為平臺 2 提供制導資源之前，始終由平臺向平臺 2 提供目標的信息，即直接交接方式就是導“制導權(quán)”在平臺 1 或在平臺 2。間接交接與直接平臺 1 且也不在平臺 2 的制導范圍內(nèi)的情況，通過置，從而繼續(xù)接力制導。多個雷達站間的交接一般兩個作戰(zhàn)平臺制導范圍重疊區(qū)域的寬度，當它滿足飛行速度，1t 是完成交接所需的時間），則采取直

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