一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法转让专利

申请号 : CN201910896581.4

文献号 : CN110723315B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 陈上上李骥关轶峰张晓文于萍

申请人 : 北京控制工程研究所

摘要 :

一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,涉及天体表面飞行探测器的轨迹设计领域;步骤一、在飞行器轨迹的竖直平面内建立二自由度运动模型;步骤二、将飞行器轨迹分成6个阶段;步骤三、设定各阶段在二自由度运动模型中的参数;步骤四、设定各飞行阶段的变段条件;步骤五、设定各飞行阶段的边界约束条件;步骤六、建立优化目标J的方程;步骤七、设定粒子群算法参数;步骤八、选取待优化参数;根据粒子群算法参数,采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化;得到优化后参数;将优化后参数代入二自由度运动模型,得到初步轨迹;步骤九、对步骤八得到的初步轨迹,采用序列二次规划得到最终轨迹;本发明简单可靠,适用于离线或在线计算。

权利要求 :

1.一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一、设飞行器初始位置为原点;在飞行器轨迹的竖直平面内建立二自由度运动模型;

步骤二、将飞行器轨迹分成6个飞行阶段;飞行器的轨迹依次为垂直上升段、程序转弯段、无动力滑行段、重力转弯段、避障段和缓速下降段;

步骤三、设定各飞行阶段在二自由度运动模型中的参数;

步骤四、设定各飞行阶段的变段条件;

步骤五、设定各飞行阶段的边界约束条件;

步骤六、建立优化目标J的方程;

步骤七、设定粒子群算法参数;

步骤八、根据步骤一至步骤六,选取待优化参数;根据步骤七确定的粒子群算法参数,采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化;得到优化后参数;将优化后参数代入二自由度运动模型,得到初步轨迹;

步骤九、对步骤八得到的初步轨迹,采用序列二次规划得到最终轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述的步骤一中,二自由度运动模型为:ax(tk)=Fm(tk)cosθ(tk)/m(tk)-Fh(tk)sinθ(tk)/m(tk)ay(tk)=Fm(tk)sinθ(tk)/m(tk)+Fh(tk)cosθ(tk)/m(tk)x(tk+1)=x(tk)+vx(tk)Ty(tk+1)=y(tk)+vy(tk)Tvx(tk+1)=vx(tk)+ax(tk)Tvy(tk+1)=vy(tk)+ay(tk)Tm(tk+1)=m(tk)-Fm(tk)T/Ispm-Fh(tk)T/Isph式中,x为竖直向上方向;

y水平发射方向;

ax为竖直方向加速度;

ay为发射方向加速度;

tk为第k拍时刻;

tk+1为第k+1拍时刻;

Fm为主发动机推力,推力竖直向上;

Fh为平移发动机推力;

m为飞行器质量;在飞行过程中,随燃料消耗m变化;

θ为飞行器轴向与竖直方向夹角;

vx为竖直方向速度;

vy为水平发射方向速度;

Ispm为主发动机比冲;

Isph为平移发动机比冲;

T为轨迹更新周期。

3.根据权利要求2所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述的步骤三中,各飞行阶段在二自由度运动模型中的输入参数分别为:垂直上升段:Fm=Fmax;Fh=0,θ=0;

程序转弯段:Fm=Fmax,Fh=0,θ=ω(tk-T1);

无动力滑行段:F1=0,Fh=0,θ=θ3(tk);

重力转弯段:Fm=Fmax,Fh=0,θ=tan-1(vy/vx);

避障段:Fm=mgm,Fh=F5(tk),θ=0;

缓速下降段:Fm=mgm,θ=0;

其中,θ3(tk)=θ3(T2)+[θ3(T3)-θ3(T2)](tk-T2)/(T3-T2);

式中,Fmax为主发动机的最大推力;

Fhmax为平移发动机的最大推力;

gm为天体重力加速度;

ω为预设程序转弯段角速度;

T1为预设垂直上升段结束时间;

T2为预设程序转弯段结束时间;

T3为预设无动力滑行段结束时间;

θ3(T2)为预设程序转弯段结束时飞行器轴向与竖直方向夹角;θ3(T2)=ω(T2-T1);

θ3(T3)为预设无动力滑行段结束时飞行器轴向与竖直方向夹角;θ3(T3)=tan-1[vy(T3)/vx(T3)];

x4为重力转弯段结束时竖直高度;

x5为避障段结束时高度。

4.根据权利要求3所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述的步骤四中,各飞行阶段的变段条件分别为:垂直上升段变为程序转弯段:tk≥T1;

程序转弯段变为无动力滑行段:tk≥T2;

无动力滑行段变为重力转弯段:tk≥T3;

重力转弯段变为避障段:vx(tk)≤vf;

避障段变为缓速下降段:x(tk)≤x5;

缓速下降段结束:x(tk)≤xm其中,vf为指定的触地速度;

xm为天体表面地形高度。

5.根据权利要求4所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述的步骤五中,各飞行阶段的边界约束条件为:垂直上升段:LB1≤T1≤UB1;

程序转弯段:LB2≤dt2≤UB2,LB3≤ω≤UB3;

无动力滑行段:LB4≤dt3≤UB4,vx(T3)<0;

重力转弯段:x4≥xa;

避障段与缓速下降段无约束;

其中,LB1为预设垂直上升段结束时间的下界值;

UB1为预设垂直上升段结束时间的上界值;

LB2为预设程序转弯段飞行时间的下界值;

UB2为预设程序转弯段飞行时间的上界值;

LB3为预设程序转弯段角速度的下界值;

UB3为预设程序转弯段角速度的上界值;

LB4为预设无动力滑行段飞行时间的下界值;

UB4为预设无动力滑行段飞行时间的下界值;

dt2为程序转弯段飞行时间;dt2=T2-T1;

dt3为无动力滑行段飞行时间;dt3=T3-T2;

xa为避障高度。

6.根据权利要求5所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述的步骤六中,优化目标J的方程为:J=m0-m6+n|y4-yf|式中,m0为飞行器起飞前的质量;

m6为飞行器缓速下降段结束时的质量;

y4为重力转弯段结束时水平航程;

yf为目标水平航程;

n为加权系数。

7.根据权利要求6所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述的步骤七中,将粒子群算法中速度更新公式中的个体认知分量学习率设定为0.4;将群体认知分量学习率设定为0.2。

8.根据权利要求7所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤八中,待优化参数为T1、dt2、ω和dt3。

9.根据权利要求8所述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,其特征在于:所述步骤八中,采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化的具体方法为:将T1、dt2、ω和dt3代入步骤四,得到前三个变段条件中T1、T2、T3的具体数值;将T1、dt2、ω和dt3代入步骤三,得到程序转弯段θ的具体数值;将T1、T2、T3和θ代入二自由度运动模型;

当满足步骤五中的所有边界约束条件,则按照步骤六计算优化目标J的具体值;当不满足步骤五中的所有边界约束条件,将优化目标J置为10000。

说明书 :

一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种天体表面飞行探测器的轨迹设计领域,特别是一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法。

背景技术

[0002] 飞行探测器可以放置科学载荷到预定的天体表面,作为信号站点构建网络,在建立基地、测绘天体表面过程中发挥重要作用;还可以寻找有利资源,从陨石坑底部采样返回;另外,飞行探测器还能用于验证着陆技术、姿态确定技术、能源生成与存储技术、敏感器技术、材料技术、通信技术,为行星、卫星、小行星、彗星等天体探测提供有力的技术验证。目前存在月球着陆、行星着陆、再入地球等下降过程的轨迹设计方法以及天体表面起飞、地面发射等上升轨迹设计方法,现有技术无法完成飞行探测任务。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,简单可靠,适用于离线或在线计算。
[0004] 本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0005] 一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,包括如下步骤:
[0006] 步骤一、设飞行器初始位置为原点;在飞行器轨迹的竖直平面内建立二自由度运动模型;
[0007] 步骤二、将飞行器轨迹分成6个飞行阶段;
[0008] 步骤三、设定各飞行阶段在二自由度运动模型中的参数;
[0009] 步骤四、设定各飞行阶段的变段条件;
[0010] 步骤五、设定各飞行阶段的边界约束条件;
[0011] 步骤六、建立优化目标J的方程;
[0012] 步骤七、设定粒子群算法参数;
[0013] 步骤八、根据步骤一至步骤六,选取待优化参数;根据步骤七确定的粒子群算法参数,采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化;得到优化后参数;将优化后参数代入二自由度运动模型,得到初步轨迹;
[0014] 步骤九、对步骤八得到的初步轨迹,采用序列二次规划得到最终轨迹。
[0015] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤一中,二自由度运动模型为:
[0016] ax(tk)=Fm(tk)cosθ(tk)/m(tk)-Fh(tk)sinθ(tk)/m(tk)
[0017] ay(tk)=Fm(tk)sinθ(tk)/m(tk)+Fh(tk)cosθ(tk)/m(tk)
[0018] x(tk+1)=x(tk)+vx(tk)T
[0019] y(tk+1)=y(tk)+vy(tk)T
[0020] vx(tk+1)=vx(tk)+ax(tk)T
[0021] vy(tk+1)=vy(tk)+ay(tk)T
[0022] m(tk+1)=m(tk)-Fm(tk)T/Ispm-Fh(tk)T/Isph
[0023] 式中,x为竖直向上方向;
[0024] y水平发射方向;
[0025] ax为竖直方向加速度;
[0026] ay为发射方向加速度;
[0027] tk为第k拍时刻;
[0028] tk+1为第k+1拍时刻;
[0029] Fm为主发动机推力,推力竖直向上;
[0030] Fh为平移发动机推力;
[0031] m为飞行器质量;在飞行过程中,随燃料消耗m变化;
[0032] θ为飞行器轴向与竖直方向夹角;
[0033] vx为竖直方向速度;
[0034] vy为水平发射方向速度;
[0035] Ispm为主发动机比冲;
[0036] Isph为平移发动机比冲;
[0037] T为轨迹更新周期。
[0038] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤二中,飞行器的轨迹依次为垂直上升段、程序转弯段、无动力滑行段、重力转弯段、避障段和缓速下降段。
[0039] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤三中,各飞行阶段在二自由度运动模型中的输入参数分别为:
[0040] 垂直上升段:Fm=Fmax;Fh=0,θ=0;
[0041] 程序转弯段:Fm=Fmax,Fh=0,θ=ω(tk-T1);
[0042] 无动力滑行段:F1=0,Fh=0,θ=θ3(tk);
[0043] 重力转弯段:Fm=Fmax,Fh=0,θ=tan-1(vy/vx);
[0044] 避障段:Fm=mgm,Fh=F5(tk),θ=0;
[0045] 缓速下降段:Fm=mgm,θ=0;
[0046] 其中,θ3(tk)=θ3(T2)+[θ3(T3)-θ3(T2)](tk-T2)/(T3-T2);
[0047]
[0048] 式中,Fmax为主发动机的最大推力;
[0049] Fhmax为平移发动机的最大推力;
[0050] gm为天体重力加速度;
[0051] ω为预设程序转弯段角速度;
[0052] T1为预设垂直上升段结束时间;
[0053] T2为预设程序转弯段结束时间;
[0054] T3为预设无动力滑行段结束时间;
[0055] θ3(T2)为预设程序转弯段结束时飞行器轴向与竖直方向夹角;
[0056] θ3(T2)=ω(T2-T1);
[0057] θ3(T3)为预设无动力滑行段结束时飞行器轴向与竖直方向夹角;
[0058] θ3(T3)=tan-1[vy(T3)/vx(T3)];
[0059] x4为重力转弯段结束时竖直高度;
[0060] x5为避障段结束时高度。
[0061] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤四中,各飞行阶段的变段条件分别为:
[0062] 垂直上升段变为程序转弯段:tk≥T1;
[0063] 程序转弯段变为无动力滑行段:tk≥T2;
[0064] 无动力滑行段变为重力转弯段:tk≥T3;
[0065] 重力转弯段变为避障段:vx(tk)≤vf;
[0066] 避障段变为缓速下降段:x(tk)≤x5;
[0067] 缓速下降段结束:x(tk)≤xm
[0068] 其中,vf为指定的触地速度;
[0069] xm为天体表面地形高度。
[0070] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤五中,各飞行阶段的边界约束条件为:
[0071] 垂直上升段:LB1≤T1≤UB1;
[0072] 程序转弯段:LB2≤dt2≤UB2,LB3≤ω≤UB3;
[0073] 无动力滑行段:LB4≤dt3≤UB4,vx(T3)<0;
[0074] 重力转弯段:x4≥xa;
[0075] 避障段与缓速下降段无约束;
[0076] 其中,LB1为预设垂直上升段结束时间的下界值;
[0077] UB1为预设垂直上升段结束时间的上界值;
[0078] LB2为预设程序转弯段飞行时间的下界值;
[0079] UB2为预设程序转弯段飞行时间的上界值;
[0080] LB3为预设程序转弯段角速度的下界值;
[0081] UB3为预设程序转弯段角速度的上界值;
[0082] LB4为预设无动力滑行段飞行时间的下界值;
[0083] UB4为预设无动力滑行段飞行时间的下界值;
[0084] dt2为程序转弯段飞行时间;dt2=T2-T1;
[0085] dt3为无动力滑行段飞行时间;dt3=T3-T2;
[0086] xa为避障高度。
[0087] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤六中,优化目标J的方程为:
[0088] J=m0-m6+n|y4-yf|
[0089] 式中,m0为飞行器起飞前的质量;
[0090] m6为飞行器缓速下降段结束时的质量;
[0091] y4为重力转弯段结束时水平航程;
[0092] yf为目标水平航程;
[0093] n为加权系数。
[0094] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述的步骤七中,将粒子群算法中速度更新公式中的个体认知分量学习率设定为0.4;将群体认知分量学习率设定为0.2。
[0095] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述步骤八中,待优化参数为T1、dt2、ω和dt3。
[0096] 在上述的一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,所述步骤八中,采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化的具体方法为:
[0097] 将T1、dt2、ω和dt3代入步骤四,得到前三个变段中T1、T2、T3的具体数值;将T1、dt2、ω和dt3代入步骤三,得到程序转弯段θ的具体数值;将T1、T2、T3和θ代入二自由度运动模型;当满足步骤五中的所有边界约束条件,则按照步骤六计算优化目标J的具体值;当不满足步骤五中的所有边界约束条件,将优化目标J置为10000。
[0098] 本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0099] (1)本发明生成的轨迹能够完成飞行探测任务,现有方法生成的轨迹只能用于着陆或起飞,本发明方法适用范围更广;
[0100] (2)本发明比现有的着陆与起飞技术增加了无动力滑行段,因此消耗燃料更少,成本更低;
[0101] (3)本发明考虑实际任务需求与约束条件,设计过程简单可靠,可直接应用于智能机器人等其他飞行探测器的轨迹设计,通用性更强。

附图说明

[0102] 图1为本发明轨迹生成流程图;
[0103] 图2为本发明飞行器轨迹示意图。

具体实施方式

[0104] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0105] 本发明提供一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,根据飞行期间任务约束形式的不同,把飞行轨迹划分为垂直上升段、程序转弯段、无动力滑行段、重力转弯段、避障段、缓速下降段等六个阶段,采用粒子群算法优化与序列二次规划,生成了最优轨迹。本发明充分考虑实际任务需求与约束条件,简单可靠,可离线或在线使用,为天体表面飞行探测任务提供了一种通用的轨迹设计方法。
[0106] 如图1所示为轨迹生成流程图,由图可知,一种天体表面弹道式飞行探测的轨迹生成方法,包括如下步骤:
[0107] 步骤一、设飞行器初始位置为原点;在飞行器轨迹的竖直平面内建立二自由度运动模型;
[0108] 二自由度运动模型为:
[0109] ax(tk)=Fm(tk)cosθ(tk)/m(tk)-Fh(tk)sinθ(tk)/m(tk)
[0110] ay(tk)=Fm(tk)sinθ(tk)/m(tk)+Fh(tk)cosθ(tk)/m(tk)
[0111] x(tk+1)=x(tk)+vx(tk)T
[0112] y(tk+1)=y(tk)+vy(tk)T
[0113] vx(tk+1)=vx(tk)+ax(tk)T
[0114] vy(tk+1)=vy(tk)+ay(tk)T
[0115] m(tk+1)=m(tk)-Fm(tk)T/Ispm-Fh(tk)T/Isph
[0116] 式中,x为竖直向上方向;
[0117] y水平发射方向;
[0118] ax为竖直方向加速度;
[0119] ay为发射方向加速度;
[0120] tk为第k拍时刻;
[0121] tk+1为第k+1拍时刻;
[0122] Fm为主发动机推力,推力竖直向上;
[0123] Fh为平移发动机推力;
[0124] m为飞行器质量;在飞行过程中,随燃料消耗m变化;
[0125] θ为飞行器轴向与竖直方向夹角;
[0126] vx为竖直方向速度;
[0127] vy为水平发射方向速度;
[0128] Ispm为主发动机比冲;
[0129] Isph为平移发动机比冲;
[0130] T为轨迹更新周期。
[0131] 步骤二、如图2所示为飞行器轨迹示意图,由图可知,将飞行器轨迹分成6个飞行阶段;飞行器的轨迹依次为垂直上升段、程序转弯段、无动力滑行段、重力转弯段、避障段和缓速下降段。为了保证安全起飞,飞行器到达一定高度后才能转弯飞行。转弯上升过程中,飞行器高度与速度一直在增大,达到一定值后,采用无动力滑行可以节约燃料。无动力滑行至接近着陆点上方时,为保证着陆精度需要降低水平速度,为保证避障敏感器工作需要降低垂向速度,而重力转弯是实现该目的的有效措施。重力转弯至到达着陆点上方合适高度时,避障敏感器开始工作,给出新的着陆点后,平移发动机开始工作,产生水平加速度奔向新的着陆点上方。为了保证平稳着陆,飞行器到达新的着陆点上方一定高度后,开始匀速下降至触地关机。因此飞行轨迹划分为垂直上升段、程序转弯段、无动力滑行段、重力转弯段、避障段、缓速下降段等六个阶段。
[0132] 步骤三、设定各飞行阶段在二自由度运动模型中的参数;
[0133] 平移发动机只有在避障段工作,先水平加速再减速,其余阶段不工作;垂直上升段、程序转弯段、重力转弯段主发动机采用最大推力以节约燃料,避障段、缓速下降段主发动机推力等于重力以实现平稳下降。为保证安全起飞,垂直上升段保持姿态垂直;为了简单可靠,程序转弯段匀速调整俯仰;重力转弯段调整俯仰保证主发动机推力方向与速度方向相反;避障段、缓速下降段保持垂直姿态;无动力滑行段发动机不工作,该段姿态对轨迹生成无影响,为了便于姿控,设计该段姿态初值为程序转弯姿态终值,该段姿态终值为重力转弯初值,滑行期间姿态匀速调整。
[0134] 各飞行阶段在二自由度运动模型中的输入参数分别为:
[0135] 垂直上升段:Fm=Fmax;Fh=0,θ=0;
[0136] 程序转弯段:Fm=Fmax,Fh=0,θ=ω(tk-T1);
[0137] 无动力滑行段:F1=0,Fh=0,θ=θ3(tk);
[0138] 重力转弯段:Fm=Fmax,Fh=0,θ=tan-1(vy/vx);
[0139] 避障段:Fm=mgm,Fh=F5(tk),θ=0;
[0140] 缓速下降段:Fm=mgm,θ=0;
[0141] 其中,θ3(tk)=θ3(T2)+[θ3(T3)-θ3(T2)](tk-T2)/(T3-T2);
[0142]
[0143] 式中,Fmax为主发动机的最大推力;
[0144] Fhmax为平移发动机的最大推力;
[0145] gm为天体重力加速度;
[0146] ω为预设程序转弯段角速度;
[0147] T1为预设垂直上升段结束时间;
[0148] T2为预设程序转弯段结束时间;
[0149] T3为预设无动力滑行段结束时间;
[0150] θ3(T2)为预设程序转弯段结束时飞行器轴向与竖直方向夹角;
[0151] θ3(T2)=ω(T2-T1);
[0152] θ3(T3)为预设无动力滑行段结束时飞行器轴向与竖直方向夹角;
[0153] θ3(T3)=tan-1[vy(T3)/vx(T3)];
[0154] x4为重力转弯段结束时竖直高度;
[0155] x5为避障段结束时高度。
[0156] 步骤四、设定各飞行阶段的变段条件;垂直上升按高度结束,可以等效为时间转段条件;程序转弯段按俯仰姿态结束,可以等效为时间转段条件;无动力滑行按航程结束,可以等效为时间转段条件;重力转弯按垂向速度结束,保证避障相机悬停工作;避障段按高度结束,保证安全下降高度;缓速下降按高度结束。
[0157] 各飞行阶段的变段条件分别为:
[0158] 垂直上升段变为程序转弯段:tk≥T1;
[0159] 程序转弯段变为无动力滑行段:tk≥T2;
[0160] 无动力滑行段变为重力转弯段:tk≥T3;
[0161] 重力转弯段变为避障段:vx(tk)≤vf;
[0162] 避障段变为缓速下降段:x(tk)≤x5;
[0163] 缓速下降段结束:x(tk)≤xm
[0164] 其中,vf为指定的触地速度;
[0165] xm为天体表面地形高度。
[0166] 步骤五、设定各飞行阶段的边界约束条件;起飞安全高度决定了垂直上升时间下限,燃料消耗决定了其上限;航程决定了程序转弯时间下限,最大推重比决定了其上限,而姿控能力决定了该段俯仰角速度范围;航程匹配与重力转弯调整能力共同决定了无动力滑行时间上下限,另外要求无动力滑行结束时垂向速度方向向下;避障水平距离要求决定了重力转弯结束高度下限。
[0167] 各飞行阶段的边界约束条件为:
[0168] 垂直上升段:LB1≤T1≤UB1;
[0169] 程序转弯段:LB2≤dt2≤UB2,LB3≤ω≤UB3;
[0170] 无动力滑行段:LB4≤dt3≤UB4,vx(T3)<0;
[0171] 重力转弯段:x4≥xa;
[0172] 避障段与缓速下降段无约束;
[0173] 其中,LB1为预设垂直上升段结束时间的下界值;
[0174] UB1为预设垂直上升段结束时间的上界值;
[0175] LB2为预设程序转弯段飞行时间的下界值;
[0176] UB2为预设程序转弯段飞行时间的上界值;
[0177] LB3为预设程序转弯段角速度的下界值;
[0178] UB3为预设程序转弯段角速度的上界值;
[0179] LB4为预设无动力滑行段飞行时间的下界值;
[0180] UB4为预设无动力滑行段飞行时间的下界值;
[0181] dt2为程序转弯段飞行时间;dt2=T2-T1;
[0182] dt3为无动力滑行段飞行时间;dt3=T3-T2;
[0183] xa为避障高度。
[0184] 步骤六、建立优化目标J的方程;主要优化目标为燃料最少,另外对航程误差约束体现在优化指标中;
[0185] 优化目标J的方程为:
[0186] J=m0-m6+n|y4-yf|
[0187] 式中,m0为飞行器起飞前的质量;
[0188] m6为飞行器缓速下降段结束时的质量;
[0189] y4为重力转弯段结束时水平航程;
[0190] yf为目标水平航程;
[0191] n为加权系数。
[0192] 步骤七、设定粒子群算法参数;为了避免过早陷入局部振荡,同时保证一定的收敛速度,将粒子群算法中速度更新公式中的个体认知分量学习率设定为0.4;将群体认知分量学习率设定为0.2。
[0193] 步骤八、根据步骤一至步骤六,选取待优化参数;待优化参数为T1、dt2、ω和dt3。根据步骤七确定的粒子群算法参数,采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化;采用粒子群优化方法对待优化参数进行优化的具体方法为:
[0194] 将T1、dt2、ω和dt3代入步骤四,得到前三个变段中T1、T2、T3的具体数值;将T1、dt2、ω和dt3代入步骤三,得到程序转弯段θ的具体数值;将T1、T2、T3和θ代入二自由度运动模型;当满足步骤五中的所有边界约束条件,则按照步骤六计算优化目标J的具体值;当不满足步骤五中的所有边界约束条件,将优化目标J置为10000。得到优化后参数;将优化后参数代入二自由度运动模型,得到初步轨迹;所述初步轨迹是指,由粒子群优算法对T1、dt2、ω、dt3的优化结果所决定的飞行轨迹。
[0195] 步骤九、对步骤八得到的初步轨迹,采用序列二次规划得到最终轨迹。所述最终轨迹是指,由序列二次规划对T1、dt2、ω、dt3的优化结果所决定的飞行轨迹。
[0196] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。