多地面基站接力制导约束的飞行器航路规划

发布时间：2020-07-28 07:34

【摘要】：飞行器的多地面基站接力制导是通过散布于不同空间位置且制导作用范围能够覆盖较大空间的多个基站依次为飞行器接续制导的联合制导方法。这种制导方式不仅可靠性强,而且可以有效延伸导弹、无人机等飞行器的可控飞行范围。多基站接力制导约束的飞行器航路规划问题是实现这种具有前沿性的先进制导方式所需解决的一个关键问题。本文研究的多站接力制导约束的飞行器航路规划问题主要考虑在多个地面基站联合接力制导的前提下,如何为飞行器规划出一条能够满足各种制导约束且快速抵达目标点的航路。首先,对多站接力制导航路规划中的要素和多约束条件进行分析。考虑的要素包括地面基站、制导交接方式、多站接力制导组合的选择、飞行器与目标;考虑的约束条件包括地面基站制导范围约束、制导交接区域飞行时间约束(制导交接约束)、飞行器与动目标相遇时间差约束、飞行器最大转弯角约束、飞行器曲率约束。其中,制导交接约束使得本文的航路规划问题有别于一般的航路规划问题,也是本文航路规划研究的主要难点。其次,介绍了多站接力制导航路规划的共性问题与优化方法。多站接力制导组合的选择是本文航路规划研究的共性问题,对于同一目标,当存在多种地面基站制导组合时,本文提出了如何优化选择其中最优制导组合的方法,为进一步的航路规划奠定了基础;本文研究的多站接力制导航路规划为连续域问题,而差分进化算法不仅操作简单而且在连续域问题的研究中具有较强的全局搜索能力,所以本文采用差分进化作为航路规划问题的优化求解算法,并建立了基于差分进化算法的航路规划基本框架。再次,对于飞行器转弯半径远小于地面基站制导圆半径,曲率约束可忽略的情形,分别针对静目标和动目标的飞行器航路规划展开研究。根据多站接力制导航路规划问题的特点,本文提出了航路点角度编码方式,通过角度(一个变量)代替坐标(两个变量)来表达航路点的位置,这种方式压缩了搜索空间,便于航路的表达与约束的处理。针对静目标的飞行器航路规划包含两种情形:考虑和不考虑最大转弯角约束;针对动目标的飞行器航路规划是通过求飞行器和动目标到达同一终点的时间差,并判断其是否满足时差约束,然后将针对动目标的飞行器航路规划问题转化为针对静目标的飞行器航路规划问题处理。最后,对于飞行器转弯半径相对于地面基站制导圆半径较大,曲率约束不可忽略的情形,提出了基于Dubins路径的航路规划方法。其中,航路点位置通过差分进化进行优化,各航路点处飞行器的朝向随机生成,这种方式显著减小了计算代价。对于基于Dubins路径的航路规划方法在交接区域路径长度约束较难满足时难以找到可行航路的问题,通过对交接区域内最长路径的研究,挖掘出最长路径模式的先验知识,提出了基于交接区域内最长路径模式的Dubins航路规划。设计了对比计算实验,并对实验结果进行分析,发现当制导交接区域路径长度约束较难满足时,基于交接区域内最长路径模式的Dubins航路规划方法明显优于基于Dubins路径的航路规划方法。通过上述研究,本文为多地面基站接力制导约束的飞行器航路规划提供了可行的解决方法。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249;TJ765
【图文】：

北京理工大学硕士学位论文9图 2.1 地基雷达站的二维模型示意图2.1.2 制导交接方式对于现代防空导弹武器系统来说，协同制导不仅能够增强中远程空防能力，还能为战术的灵活运用提供支持，从而在整体上提高了系统的对抗能力[62]。其中，制导交接方式是指导弹在多个地面基站之间如何交接制导权的问题。如图 2.2 所示，作战平台 1 通过目标指示系统获得目标的位置和运动数据等信息，平台 1 发射出导弹 M 对来袭目标 T 进行拦截。导弹先是进入垂直发射阶段随后到中间制导阶段，由平台 1 对目标 T 进行追踪，并向导弹发射探测到的目标信息，转化为程序指令来控制其飞行。在导弹 M 飞离平台 1 的制导范围之前，平台 1 通过把“制导权”移交给相邻的作战平台来实现协同制导。制导交接成功之后

图 2.2 制导交接过程[63]下，多个雷达站之间的制导交接方式分为两种：直接交接与间在平台 1 交替为平台 2 提供制导资源之前，始终由平台 1 对目同时向平台 2 提供目标的信息，即直接交接方式就是导弹不会围，“制导权”在平台 1 或在平台 2。间接交接与直接交接不不在平台 1 且也不在平台 2 的制导范围内的情况，通过预测的的位置，从而继续接力制导。多个雷达站间的交接一般存在以X R为两个作战平台制导范围重叠区域的宽度，当它满足X R 最大的飞行速度，1t 是完成交接所需的时间），则采取直接交接

图 2.2 制导交接过程[63]多个雷达站之间的制导交接方式分为两种：直接交台 1 交替为平台 2 提供制导资源之前，始终由平台向平台 2 提供目标的信息，即直接交接方式就是导“制导权”在平台 1 或在平台 2。间接交接与直接平台 1 且也不在平台 2 的制导范围内的情况，通过置，从而继续接力制导。多个雷达站间的交接一般两个作战平台制导范围重叠区域的宽度，当它满足飞行速度，1t 是完成交接所需的时间），则采取直

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本文编号：2772556