[发明专利]一种飞行器突防轨迹优化方法及系统

说明书

本发明涉及一种飞行器突防轨迹优化方法及系统。该方法包括根据飞行器HGV的运动参数确定HGV的三维运动方程以及控制约束；根据目标区域、HGV的三维运动方程、控制约束以及HGV的预期航迹角和预期航向角构建HGV的突防轨迹优化问题；利用凸化方法将所述HGV的突防轨迹优化问题转化为二阶锥规划问题；根据所述二阶锥规划问题，采用变信赖域序列二阶锥规划确定HGV的突防轨迹。本发明能够解决两个拦截弹的突防轨迹优化问题。

技术领域

本发明涉及飞行轨迹设计领域，特别是涉及一种飞行器突防轨迹优化方法及系统。

背景技术

高超声速滑翔飞行器(Hypersonic Gliding Vehicle，HGV)是一种临近空间飞行器，具有高速、大规模机动和远程滑翔能力，具有广阔的应用前景。为了对抗导弹防御系统，有必要提高HGV的突防能力。HGV的一种有效突防方法是充分利用速度优势。然而，HGV在飞行过程中可能会遇到多个拦截弹，确保HGV在成功突防后能够成功打击目标也很重要。随着雷达技术和反导技术的发展，特别是协同拦截技术的发展，拦截弹削弱了HGV的生存能力。因此，突防飞行轨迹设计对于HGV对抗拦截弹至关重要。

空中交战中的攻防对抗本质上是一种最优的追逃博弈。然而，对于HGV，一种可用的突防方法是轨迹优化。值得注意的是，实时性在HGV突防轨迹优化中至关重要。凸优化方法由于具有良好的收敛性能和广泛的适用性，在轨迹优化领域得到了广泛的应用。具有复杂约束和非线性动力学的轨迹优化问题可以通过凸化技术转化为一系列凸优化问题。凸优化方法可以快速收敛到精确解，其在实时计算制导中的潜在应用已得到广泛验证。目前通过实时优化求解最优突防轨迹的方法大多针对单个拦截弹或静态禁飞区。但对于动态多拦截弹突防轨迹优化这一非常实用和有意义的问题，现有的研究成果很少。因此，针对两个拦截弹的突防轨迹优化问题需要进一步关注和研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞行器突防轨迹优化方法及系统，能够解决两个拦截弹的突防轨迹优化问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种飞行器突防轨迹优化方法，包括：

根据飞行器HGV的运动参数确定HGV的三维运动方程以及控制约束；所述运动参数包括：HGV的飞行高度、HGV在地面上的坐标位置、HGV的速度、HGV的速度矢量的航迹角和航向角、HGV的迎角和倾侧角、HGV的升力和阻力以及HGV的质量；所述控制约束为HGV的攻角和倾侧角速率的约束；

根据目标区域、HGV的三维运动方程、控制约束以及HGV的预期航迹角和预期航向角构建HGV的突防轨迹优化问题；

利用凸化方法将所述HGV的突防轨迹优化问题转化为二阶锥规划问题；

根据所述二阶锥规划问题，采用变信赖域序列二阶锥规划确定HGV的突防轨迹。

可选地，所述根据飞行器HGV的运动参数确定HGV的三维运动方程以及控制约束，具体包括：

利用公式确定HGV的三维运动方程；

利用公式确定控制约束；

其中，h为HGV的飞行高度，x_p和y_p分别为HGV在地面上的坐标位置，v为HGV的速度，θ和ψ分别为HGV的速度矢量的航迹角和航向角，α和σ为HGV的分别为迎角和倾侧角，L和D分别为HGV的升力和阻力，g是重力加速度，m为HGV质量，α_min和α_max分别为HGV的迎角的最小值和最大值，σ_max为HGV的航向角的最大值。

可选地，所述根据目标区域、HGV的三维运动方程、控制约束以及HGV的预期航迹角和预期航向角构建HGV的突防轨迹优化问题，具体包括：

利用公式将HGV的三维运动方程进行转化；