基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，所述方法包括：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。本发明专利技术实施例提供的方法，能够保证优化轨迹的安全可靠性。

Fast reentry trajectory planning method for aircraft based on detection point adaptive pseudospectral method

The embodiment of the invention provides a rapid reentry trajectory planning method for vehicle detection based on adaptive pseudo spectral method, the method includes: determining the interval number, interval number distribution and the maximum allowable error; for each interval, the interval between adjacent points equally spaced points as the detection point; for each interval, determining interpolation corresponding to the detection point of the solution and the actual solution of the maximum relative error; the maximum interval corresponding to the relative error is less than the maximum permissible error of judgment; if not, then determine the maximum relative error of Yu Huo is equal to the maximum allowable error of second for each second interval; interval basis the curvature detection point was determined by the second interval is divided into several sub regions, or to increase with the second points interval. The method provided by the embodiment of the invention can ensure the safety and reliability of the optimized trajectory.

【技术实现步骤摘要】
基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法
本专利技术涉及飞行器再入轨迹规划
，特别是涉及一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质。
技术介绍
滑翔式高超声速飞行器因具有高升阻比的一体化设计外形，具备横、纵向大范围机动飞行能力，因此滑翔再入轨迹优化问题是目前国内外研究的热点。自1948年，钱学森教授提出了一种洲际飞行的助推-再入大气层的滑翔飞行轨迹后，间接法和直接法逐渐成为解决再入滑翔段轨迹优化设计问题的主要方法。间接法是基于Pontryagin极小值原理将最优控制问题转换为两点边值问题，该方法虽然求解精度高，但是对于协态变量初值的敏感度较高，收敛域较小，难以快速求解；直接法是将连续的最优控制问题离散化、参数化，并以数值搜索的方式进行大量打靶实验，对于初值的敏感度较低。全局Gauss伪谱法作为直接法的一个分支，具有收敛速度快，求解精度较高等特点，得到广泛运用。刘鹏等利用伪谱法的分段优化策略，对高超声速飞行器再入滑翔段进行轨迹优化，虽快速得到最优解，但是由于均匀的配点分布，导致在非光滑处的解的精度较低。刘渊博等利用局部配点法(h法修正)进行自适应网格细化，解决了非光滑处的低精度问题，但是全局快速收敛性降低。GargD，DarbyCL等运用hp自适应方法，既解决了非光滑处的精度问题，也保证了全局收敛性，但是对于考虑飞行禁飞区等问题时，轨迹优化过程中缺少对相邻配点间飞行禁飞区约束满足程度的检测，无法保证优化轨迹的安全可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的无法保证优化轨迹的安全可靠性的问题。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，所述方法包括：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。可选地，所述针对每个区间，通过如下公式确定检测点：其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。可选地，所述针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数的步骤，包括：针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；若是，则增加所述第二区间的配点数；若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。可选地，在所述将所述第二区间划分成多个子区间的步骤之后，所述方法还包括：将各子区间作为待检测区间，返回执行所述针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点的步骤。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置，所述装置包括：确定模块，用于确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；检测点确定模块，用于针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；误差确定模块，用于针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断模块，用于判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；修正模块，用于若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。可选地，所述检测点确定模块通过如下公式确定各区间的检测点：其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。可选地，所述修正模块包括：区间确定子模块，用于若所述判断模块的判断结果为否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；曲率确定子模块，用于针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；比值向量确定子模块，用于针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；判断子模块，用于判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；第一修正子模块，用于若是，则增加所述第二区间的配点数；第二修正子模块，用于若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。可选地，所述装置还包括：循环模块，用于在所述第二修正子模块将所述第二区间划分成多个子区间之后，将各子区间作为待检测区间，返回执行所述检测点确定模块。为了解决上述问题，本专利技术公开了电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求书中所述的任意一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。为了解决上述问题，本专利技术还公开了一种可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求书中所述的任意一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点：本专利技术实施例提供的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方案，采用检测点自适应伪谱法，对飞行器再入轨迹进行规划。具体地，在轨迹规划过程中取区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，可检测相邻配点间飞行禁飞区约束的满足程度，能够保证优化轨迹的安全可靠性；并且对于待修正区间，基于曲率的自适应对其进行修正，可控制飞行程序变化率，具有良好的鲁棒性。附图说明图1是根据本专利技术实施例一的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图；图2是根据本专利技术实施例二的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图；图3气动参数拟合结果；图4多种修正方法配点分布比较图；图5飞行禁飞区约束下的优化轨迹；图6配点间违反约束示意图；图7检测点满足约束示意图；图8热流密度、法向过载和动压变化值；图9高度、速度优化值与积分值对比图；图10攻角、倾侧角优化值与积分值对比图；图11四种情况下的飞行器轨迹终点对比图；图12是根据本专利技术实施例四的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置的结构框图；图13是根据本专利技术实施例五的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置的结构框图；图14是根据本专利技术实施例六的一种电子设备的结构框图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一参照图1，示出了本专利技术实施例的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图。本专利技术实施例的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，其特征在于，所述方法包括：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。

【技术特征摘要】
1.一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，其特征在于，所述方法包括：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个区间，通过如下公式确定检测点：其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数的步骤，包括：针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；若是，则增加所述第二区间的配点数；若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述将所述第二区间划分成多个子区间的步骤之后，所述方法还包括：将各子区间作为待检测区间，返回执行所述针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点的步骤。5.一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置，其特征在于，所述装置包括：确定模块，用于确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；检测点确定模块，用于针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；误差确定模块，用于针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，李振华，孙向东，冯志强，何兵，胡琛，秦伟伟，张广豪，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，中国人民解放军火箭军装备研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61