兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 474-487.doi: 10.12382/bgxb.2022.1068
收稿日期:
2022-11-17
上线日期:
2024-02-29
通讯作者:
基金资助:
WANG Qinghai, CHEN Qi*(), WANG Zhongyuan, YIN Qiulin
Received:
2022-11-17
Online:
2024-02-29
摘要:
针对多云天气条件下,云团对激光信号产生较大衰减作用从而影响末制导性能这一问题,提出一种考虑云团对激光衰减作用的滑翔增程激光制导炮弹弹道规划方法。经过合理假设建立云团近似模型,在此基础上设计云团规避—控制能量最优复合规避目标函数(Compound Evasion Objective Function, CEOF)。根据激光导引头工作特性和制导炮弹的飞行特性建立弹道规划模型,采用Radau伪谱法将弹道规划问题转化为非线性规划问题(Non-linear Programming,NLP)。调用NLP求解器SNOPT求解。选取多组云团算例进行仿真分析,仿真结果验证所提弹道规划方法的有效性。研究结果表明,与传统弹道规划方法进行仿真对比,新的弹道规划方法以增加较少动能损耗、控制能量消耗和攻击时长为代价,大幅减少了云团对激光的衰减作用,验证了其优越性。
中图分类号:
王庆海, 陈琦, 王中原, 尹秋霖. 考虑云团衰减作用的激光制导炮弹弹道规划[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 474-487.
WANG Qinghai, CHEN Qi, WANG Zhongyuan, YIN Qiulin. Trajectory Programming of Laser-guided Projectile Considering the Attenuation Effect of Clouds[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(2): 474-487.
m0/kg | mc/(kg·s-1) | /N | s/m2 | t5/s |
---|---|---|---|---|
51.73 | -0.482 | 1219.2 | 0.0133 | 20 |
表1 制导炮弹参数
Table 1 Parameters of guided projectile
m0/kg | mc/(kg·s-1) | /N | s/m2 | t5/s |
---|---|---|---|---|
51.73 | -0.482 | 1219.2 | 0.0133 | 20 |
上界与下界 | v/(m·s-1) | θ/rad | ψv/rad | x/km | y/km |
---|---|---|---|---|---|
上界 | 800 | π/2 | π/2 | 100 | 50 |
下界 | 200 | -π/2 | -π/2 | 0 | 0 |
上界与下界 | z/km | m/kg | α/rad | β/rad | t/s |
上界 | 100 | 51.73 | π/12 | π/12 | 300 |
下界 | -100 | 44.5 | -π/12 | -π/12 | 0 |
表2 弹道变量的上下边界
Table 2 The upper and lower bounds of ballistic variables
上界与下界 | v/(m·s-1) | θ/rad | ψv/rad | x/km | y/km |
---|---|---|---|---|---|
上界 | 800 | π/2 | π/2 | 100 | 50 |
下界 | 200 | -π/2 | -π/2 | 0 | 0 |
上界与下界 | z/km | m/kg | α/rad | β/rad | t/s |
上界 | 100 | 51.73 | π/12 | π/12 | 300 |
下界 | -100 | 44.5 | -π/12 | -π/12 | 0 |
上界与下界 | /s | /s | /s | /s | /s |
---|---|---|---|---|---|
上界 | 300 | 14.068 | 300 | 300 | 300 |
下界 | 1 | 14.068 | 5 | 0 | 0 |
表3 各阶段持续时长的上下边界
Table 3 Upper and lower bounds of the duration of each phase
上界与下界 | /s | /s | /s | /s | /s |
---|---|---|---|---|---|
上界 | 300 | 14.068 | 300 | 300 | 300 |
下界 | 1 | 14.068 | 5 | 0 | 0 |
上界与下界 | θ5/rad | ψv5/rad |
---|---|---|
上界 | -π/6 | π/2 |
下界 | -π/2 | -π/2 |
表4 静态参数变量上下边界
Table 4 Upper and lower bounds of static parameter variables
上界与下界 | θ5/rad | ψv5/rad |
---|---|---|
上界 | -π/6 | π/2 |
下界 | -π/2 | -π/2 |
算例 | Rc/m | A | pf | xc/km | yc/km | zc/km |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | 0.0 |
2 | 1000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | 2.0 |
3 | 1000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | -2.0 |
表5 云团参数
Table 5 Parameters of clouds
算例 | Rc/m | A | pf | xc/km | yc/km | zc/km |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | 0.0 |
2 | 1000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | 2.0 |
3 | 1000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | -2.0 |
算例 | /s | /s | /s | /s | /s |
---|---|---|---|---|---|
1 | 21.823 | 35.891 | 40.891 | 163.089 | 183.089 |
2 | 21.212 | 35.280 | 40.280 | 155.401 | 175.401 |
3 | 21.208 | 35.276 | 40.276 | 155.401 | 175.401 |
表6 时间节点最优解
Table 6 Optimal solution of time nodes
算例 | /s | /s | /s | /s | /s |
---|---|---|---|---|---|
1 | 21.823 | 35.891 | 40.891 | 163.089 | 183.089 |
2 | 21.212 | 35.280 | 40.280 | 155.401 | 175.401 |
3 | 21.208 | 35.276 | 40.276 | 155.401 | 175.401 |
算例 | θfU/(°) |
---|---|
1 | -30 |
2 | -45 |
3 | -60 |
表7 落角约束
Table 7 Constraint of drop angle
算例 | θfU/(°) |
---|---|
1 | -30 |
2 | -45 |
3 | -60 |
云团 | Rc/m | A | pf | xc/km | yc/km | zc/km |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1000 | 1.0 | 0.1 | 50.5 | 2.5 | 0 |
2 | 1000 | 5.0 | 0.5 | 50.0 | 2.0 | -1.0 |
3 | 1000 | 0.5 | 0.5 | 50.0 | 2.0 | 1.0 |
表8 云团参数
Table 8 Parameters of clouds
云团 | Rc/m | A | pf | xc/km | yc/km | zc/km |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1000 | 1.0 | 0.1 | 50.5 | 2.5 | 0 |
2 | 1000 | 5.0 | 0.5 | 50.0 | 2.0 | -1.0 |
3 | 1000 | 0.5 | 0.5 | 50.0 | 2.0 | 1.0 |
云团 | Rc/m | A | pf | xc/km | yc/km | zc/km |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1200 | 1.0 | 2.0 | 50.0 | 3.0 | -6.0 |
2 | 1000 | 1.0 | 0.1 | 50.0 | 3.0 | 6.0 |
3 | 1000 | 1.0 | 0.2 | 50.2 | 2.0 | 0 |
4 | 2000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | -1.0 |
5 | 1200 | 2.0 | 1.0 | 60.0 | 3.0 | 0 |
6 | 1000 | 1.0 | 0.1 | 50.0 | 2 | 1.0 |
7 | 2000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 3.0 | 0 |
8 | 2000 | 1.0 | 0.2 | 51.0 | 3.5 | -5.0 |
表9 云团参数
Table 9 Parameters of clouds
云团 | Rc/m | A | pf | xc/km | yc/km | zc/km |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1200 | 1.0 | 2.0 | 50.0 | 3.0 | -6.0 |
2 | 1000 | 1.0 | 0.1 | 50.0 | 3.0 | 6.0 |
3 | 1000 | 1.0 | 0.2 | 50.2 | 2.0 | 0 |
4 | 2000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 2.0 | -1.0 |
5 | 1200 | 2.0 | 1.0 | 60.0 | 3.0 | 0 |
6 | 1000 | 1.0 | 0.1 | 50.0 | 2 | 1.0 |
7 | 2000 | 1.0 | 1.0 | 50.0 | 3.0 | 0 |
8 | 2000 | 1.0 | 0.2 | 51.0 | 3.5 | -5.0 |
目标函数 | Jacl | JCPOOF | JMATOF | |
---|---|---|---|---|
CEOF | 1.272 | 8.329 | 185.689 | 284.177 |
CPOOF | 14.206 | 3.877 | 168.309 | 287.295 |
MATOF | 14.150 | 6.304 | 164.026 | 286.791 |
表10 评价指标
Table 10 Evaluation indexes
目标函数 | Jacl | JCPOOF | JMATOF | |
---|---|---|---|---|
CEOF | 1.272 | 8.329 | 185.689 | 284.177 |
CPOOF | 14.206 | 3.877 | 168.309 | 287.295 |
MATOF | 14.150 | 6.304 | 164.026 | 286.791 |
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