一种面向攻击时间固定的最优制导律在线生成方法技术

本发明专利技术公开了一种面向攻击时间固定的最优制导律在线生成方法，属于航空航天和轨迹优化领域。方法包括：针对攻击时间约束下的静止目标打击问题，建立导弹的非线性运动学模型，建立了攻击时间固定制导问题相关的最优控制问题；建立了最优控制问题的一阶必要条件；利用最优轨迹的几何性质，提出了一个新的最优性条件；根据一阶必要条件和新建立的最优性条件，建立了一个参数化系统，保证该参数化系统的解空间等同于最优控制问题的解空间；对参数化系统进行直接积分，产生了可反映导弹状态与剩余飞行时间和最优制导律之间映射关系的数据集；利用神经网络可根据导弹状态和剩余飞行时间，实时生成最优制导律，以实现对静止目标的攻击时间进行控制。的攻击时间进行控制。的攻击时间进行控制。

An online generation method of optimal guidance law for fixed attack time

【技术实现步骤摘要】
一种面向攻击时间固定的最优制导律在线生成方法


[0001]本专利技术涉及面向攻击时间固定的最优制导律在线生成方法，属于轨迹优化


技术介绍

[0002]随着智能化、无人化时代的到来，轨迹优化被广泛应用于机器人控制，以提高机器人的工作效率、减少能量损耗；在飞行器制导控制领域，对飞行器完成任务过程中的飞行轨迹进行优化可以有效地辅助飞行器设计、提高飞行性能。而在军事领域，轨迹优化具有重要的研究意义和应用价值，对于导弹制导、无人飞行器轨迹规划等研究方向都起到了推动作用。
[0003]特定地，对于导弹制导领域而言，制导律决定了导弹在接近目标的过程中的机动指令。随着现代战争的不断发展，自20世纪60年代开始，线性最优制导律就已经得到了广泛的研究，其中相关学者已经证明系数为3的比例导引在特定条件下具有最优的性能(参见Kreindler,E.,“Optimality of Proportional Navigation,”AIAAJournal,Vol.11,No.6,1973,pp.878
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880.Bryson,A.E.,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向攻击时间固定的最优制导律在线生成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，针对攻击时间约束下的静止目标打击问题，在笛卡尔坐标系下建立导弹的非线性运动学模型，建立静止目标打击问题所对应的最优控制问题；S2，推导最优控制问题的一阶必要条件，包括，根据庞特里亚金极大值原理确定哈密尔顿函数H，确定协态方程、控制方程，给出横截条件；S3，利用最优轨迹的几何性质，提出一个新的最优性条件；S4，基于S2中的一阶必要条件和S3中的最优性条件，建立一个参数化系统，使其解空间等同于最优控制问题的解空间；利用积分的思路，在不对最优控制问题进行直接求解的前提下，产生可反映导弹状态与剩余飞行时间和最优制导律之间映射的数据集；S5，利用前馈神经网络对数据集进行训练，所得的神经网络可根据导弹当前状态，实时生成最优制导律，以实现对静止目标的攻击时间进行控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1过程如下：目标所在位置定为坐标系Oxy的原点，x轴指向东，y轴指向北；(x，y)是导弹在坐标系Oxy下的坐标，θ∈[0，2π]是x轴与导弹速度V的夹角，即导弹的航向角，且定义逆时针方向为正；将导弹的速度V进行归一化，使其等于1，则导弹的非线性运动学模型表示为：其中，t＞0是时间，为导弹的控制量，表示其横向加速度；对于给定的初始位置以及固定的攻击时间t
f
＞0，静止目标打击问题所对应的最优控制问题可描述为：通过控制u(
·
)将导弹在t＝0时刻的初始状态(x0，y0，θ0)转移到t＝t
f
时刻的目标位置(0，0)，其中导弹的末端航向角自由，且使控制效率最小，表示为：3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：3.1)确定哈密尔顿函数H其中p
x
、p
y
、p
θ
分别为x、y、θ的协态变量，p0是一个非正标量；3.2)根据庞特里亚金极大值原理，确定协态方程控制方程为：根据式(3)，则有：u(t)＝p
θ
(t)，t∈[0，t
f
]
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(4)
由于末端航向角自由，横截条件满足：p
θ
(t
f
)＝0
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(5)另外，导弹的末端位置需满足：(x(t
f
)，y(t
f
))＝(0，0)
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(6)根据式(5)和式(6)，对式(2)的第三个等式进行积分，有：p
θ
(t)＝p
x
(t)y(t)
‑
p
y
(t)x(t)，t∈[0，t
f
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。4.如权利要求3所述方法，其特征在于，S3中所述的提出一个新的最优性条件，具体为：给定在[0，t
f
]上的任意极值轨迹(x(t)，y(t)，θ(t))，若存在使得速度向量和视线(Line of Sight)平行，即视角为0或者π：则所对应的极值轨迹不是一条最优轨迹。5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述S4的建立参数化系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，段欣然，陈征，邵雪明，黎军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：