本發(fā)明涉及路徑規(guī)劃，具體是一種超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、高超聲速飛行器的軌跡規(guī)劃一直以來都是研究的關(guān)鍵問題和熱點問題，其軌跡需要滿足動壓、熱流密度、末端狀態(tài)和機動能力等約束。然而，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，尤其是海上油田和城市建設(shè)如火如荼，為確保生命和財產(chǎn)安全，高超聲速飛行器也需要滿足越來越復(fù)雜的路徑約束，安控區(qū)數(shù)量多分布復(fù)雜，軌跡規(guī)劃難度大。

2、一直以來，面向安控區(qū)約束的高超聲速飛行器軌跡規(guī)劃得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。張源等提出了復(fù)雜禁飛區(qū)約束下的高超聲速飛行器路徑-軌跡雙層規(guī)劃，避免軌跡陷入局部解并減小運動模型簡化誤差；張東等對復(fù)雜路徑約束下巡飛彈側(cè)向航跡規(guī)劃方法進行了研究，參考空天飛行器禁飛區(qū)規(guī)避策略，設(shè)計了航跡偏航走廊，實現(xiàn)禁飛區(qū)規(guī)避；惠俊鵬等基于強化學(xué)習(xí)提出了一種禁飛區(qū)繞飛智能制導(dǎo)研究框架；趙亮博等針對再入飛行器的禁飛區(qū)規(guī)避問題，提出了一種基于近似解析解的禁飛區(qū)規(guī)避制導(dǎo)方法；權(quán)申明等針對帶有禁飛區(qū)約束的高超聲速飛行器再入制導(dǎo)問題，基于改進人工勢場法提出了一種三維制導(dǎo)方法。

3、但是，為了簡化復(fù)雜環(huán)境與約束下軌跡規(guī)劃難度，上述現(xiàn)有技術(shù)對安控區(qū)進行了大幅簡化，將無規(guī)則的安控區(qū)簡化為圓形。實際上，隨著經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展，傳統(tǒng)飛行試驗場地逐漸被壓縮，新的建筑物、聚居點不斷出現(xiàn)，且部分飛行器在特定的使用背景下有不同的使用需求，需對城市、經(jīng)濟活動區(qū)域等區(qū)域進行規(guī)避，使用圓形近似實際安控區(qū)域不足以表征安控區(qū)特性，且該近似較為嚴苛，會導(dǎo)致部分情況下尋找不到可行解。因此需要找到一種能夠不對實際安控區(qū)形狀進行過度簡化且能生成滿足飛行器動力學(xué)、路徑約束的軌跡規(guī)劃方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明供一種超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，將混合a*算法引入超聲速巡航靶彈的軌跡規(guī)劃中，將安控區(qū)離散化表示，保留了安控區(qū)形狀特點，并通過遺傳算法尋找最優(yōu)的路徑規(guī)劃，將復(fù)雜安控區(qū)下飛行器軌跡規(guī)劃簡化為復(fù)雜安控區(qū)的幾何路徑規(guī)劃與結(jié)合運動學(xué)模型的軌跡規(guī)劃，提升了復(fù)雜安控區(qū)下超聲速巡航靶彈的軌跡規(guī)劃能力。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，包括如下步驟：

3、步驟1，建立飛行器運動動力學(xué)模型與路徑約束，并對地圖進行網(wǎng)格處理，得到網(wǎng)格化地圖，在所述網(wǎng)格化地圖中，網(wǎng)格初值為0，安控區(qū)外輪廓構(gòu)成的封閉曲線經(jīng)過、包圍的網(wǎng)格賦值為1；

4、步驟2，在軌跡規(guī)劃的設(shè)計變量的設(shè)計空間內(nèi)隨機抽取若干參數(shù)值作為遺傳算法的初始種群，其中，所述設(shè)計變量包括控制量采樣值與轉(zhuǎn)向角度、安控區(qū)安全距離和角度懲罰系數(shù)；

5、步驟3，在所述網(wǎng)格化地圖、所述飛行器運動動力學(xué)模型與所述路徑約束的基礎(chǔ)上，基于混合a*算法生成當前種群中每一個種群個體對應(yīng)的初始軌跡；

6、步驟4，計算所述初始軌跡的能量消耗評價指標，并將所述能量消耗評價指標作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，產(chǎn)生新一代的種群；

7、步驟5，判斷是否滿足停止準則：

8、若是，將當前種群中對應(yīng)所述能量消耗評價指標最小的初始軌跡作為最終軌跡規(guī)劃結(jié)果，并輸出；

9、否則，返回步驟3。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

11、本發(fā)明使用混合a*算法，離散化表示安控區(qū)，相較于圓安控區(qū)能更好表示安控區(qū)的形狀特性，同時以軌跡的能量消耗作為評價指標，通過遺傳算法尋找最優(yōu)的路徑規(guī)劃，將復(fù)雜安控區(qū)下飛行器軌跡規(guī)劃簡化為復(fù)雜安控區(qū)的幾何路徑規(guī)劃與結(jié)合運動學(xué)模型的軌跡規(guī)劃，提升了復(fù)雜安控區(qū)下超聲速巡航靶彈的軌跡規(guī)劃能力。

技術(shù)特征：

1.一種超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4中，所述能量消耗評價指標的計算過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4.2中，所述飛行器到達各個路徑點的剩余飛行時間具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4.3中，所述時間矩陣具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4.3中，所述零脫靶量向量具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4.4的過程具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，所述設(shè)計變量還包括安控區(qū)安全距離與角度懲罰系。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，其特征在于，步驟5中，所述停止準則為達到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超聲速巡航靶彈最小安控區(qū)快速規(guī)劃方法，包括：在軌跡規(guī)劃的設(shè)計變量的設(shè)計空間內(nèi)隨機抽取若干參數(shù)值作為遺傳算法的初始種群；基于混合A*算法生成當前種群中每一個種群個體對應(yīng)的初始軌跡；計算初始軌跡的能量消耗評價指標，并將能量消耗評價指標作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，產(chǎn)生新一代的種群；判斷是否滿足停止準則，若是則將當前種群中對應(yīng)能量消耗評價指標最小的初始軌跡作為最終軌跡規(guī)劃結(jié)果。本發(fā)明應(yīng)用于路徑規(guī)劃領(lǐng)域，將將安控區(qū)離散化表示，保留了安控區(qū)形狀特點，并通過遺傳算法尋找最優(yōu)的路徑規(guī)劃，能夠有效地提升復(fù)雜安控區(qū)下超聲速巡航靶彈的軌跡規(guī)劃能力。

技術(shù)研發(fā)人員：江振宇,李俊,劉雙,白錫斌,張士峰,楊華波
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6