兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 798-809.doi: 10.12382/bgxb.2023.0614
收稿日期:
2023-06-28
上线日期:
2023-09-15
通讯作者:
基金资助:
YIN Qiulin, CHEN Qi*(), WANG Zhongyuan, WANG Qinghai
Received:
2023-06-28
Online:
2023-09-15
摘要:
针对单炮多发应用场景,研究在时间、空间协同等多约束条件下的滑翔制导炮弹快速协同弹道规划问题。为平衡序列凸优化(Sequential Convex Programming,SCP)算法在快速性与最优性之间的冲突,提出一种改进的SCP算法;考虑到多约束条件下可行域较小、初值敏感性较高的特点,设计两种迅速且有效的迭代初值生成方案;为充分发挥弹群整体控制能力,采取集中式的协同规划策略,同步求解所有方程组,以达成全局规划目标。仿真实验结果表明,新算法能够较好地解决多约束条件下的协同规划问题,与现有文献中的常见算法进行对比,具备良好的收敛性能和较高的计算效率。
中图分类号:
尹秋霖, 陈琦, 王中原, 王庆海. 考虑时空协同的滑翔制导炮弹单炮多发快速弹道规划[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 798-809.
YIN Qiulin, CHEN Qi, WANG Zhongyuan, WANG Qinghai. Rapid Trajectory Planning for Glide-guided Projectiles in Single-gun Multi-shot Scenarios Considering Time-spatial Coordination[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(3): 798-809.
m/kg | S/m2 | kc |
---|---|---|
40.4 | 0.0133 | 35 |
表1 制导炮弹参数
Table 1 Projectile parameters
m/kg | S/m2 | kc |
---|---|---|
40.4 | 0.0133 | 35 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
(x0,y0,z0)/km | (0,15,0) | (xT,yT,zT)/km | (45,0,1) | |
v0/(m·s-1) | 300 | vfmin /(m·s-1) | 200 | |
θ0/(°) | 0 | ψv0/(°) | 0 | |
/(°) | 10 | /(°) | 5 |
表2 仿真参数
Table 2 Simulation parameters
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
(x0,y0,z0)/km | (0,15,0) | (xT,yT,zT)/km | (45,0,1) | |
v0/(m·s-1) | 300 | vfmin /(m·s-1) | 200 | |
θ0/(°) | 0 | ψv0/(°) | 0 | |
/(°) | 10 | /(°) | 5 |
算法 | 目标函数值 | 迭代次数 | 规划时间/s |
---|---|---|---|
APM | 1.1811 | 8 | 5.9917 |
SCP | 1.1735 | 21 | 3.1317 |
ISCP | 1.1757 | 14 | 2.3757 |
表3 不同规划算法对比
Table 3 Comparison of different algorithms
算法 | 目标函数值 | 迭代次数 | 规划时间/s |
---|---|---|---|
APM | 1.1811 | 8 | 5.9917 |
SCP | 1.1735 | 21 | 3.1317 |
ISCP | 1.1757 | 14 | 2.3757 |
协同策略 | 目标函数值 | 规划时间/s |
---|---|---|
集中式 | 4.4887 | 8.1033 |
分布式 | 4.9884 | 12.2533 |
表4 不同协同策略对比
Table 4 Comparison of different cooperative strategies
协同策略 | 目标函数值 | 规划时间/s |
---|---|---|
集中式 | 4.4887 | 8.1033 |
分布式 | 4.9884 | 12.2533 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
(x0,y0,z0)/km | (0,15,0) | (xT,yT,zT)/km | (45,0,0) | |
v0/(m·s-1) | 300 | vfmin/(m·s-1) | 200 | |
θ0/(°) | 0 | ψv0/(°) | 0 | |
/(°) | 15 | /(°) | 10 | |
θf1/(°) | [-90,-75] | ψvf1/(°) | [-5,5] | |
θf2/(°) | [-75,-60] | ψvf2/(°) | [5,15] | |
θf3/(°) | [-60,-45] | ψvf3/(°) | [-15,-5] | |
θf4/(°) | [-45,-30] | ψvf4/(°) | [15,25] | |
θf5/(°) | [-30,-15] | ψvf5/(°) | [-25,-15] |
表5 多约束仿真参数
Table 5 Simulation parameters under multi-constraints
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
(x0,y0,z0)/km | (0,15,0) | (xT,yT,zT)/km | (45,0,0) | |
v0/(m·s-1) | 300 | vfmin/(m·s-1) | 200 | |
θ0/(°) | 0 | ψv0/(°) | 0 | |
/(°) | 15 | /(°) | 10 | |
θf1/(°) | [-90,-75] | ψvf1/(°) | [-5,5] | |
θf2/(°) | [-75,-60] | ψvf2/(°) | [5,15] | |
θf3/(°) | [-60,-45] | ψvf3/(°) | [-15,-5] | |
θf4/(°) | [-45,-30] | ψvf4/(°) | [15,25] | |
θf5/(°) | [-30,-15] | ψvf5/(°) | [-25,-15] |
迭代初值 | 目标函数值 | 生成耗时/s | 规划时间/s |
---|---|---|---|
积分解 | 10.9118 | 0.6046 | 17.5424 |
TSG | 10.7501 | 1.3525 | 12.3906 |
CVXGEN | 10.6211 | 0.6603 | 11.1888 |
表6 不同迭代初值对比
Table 6 Comparison of different initial guesses
迭代初值 | 目标函数值 | 生成耗时/s | 规划时间/s |
---|---|---|---|
积分解 | 10.9118 | 0.6046 | 17.5424 |
TSG | 10.7501 | 1.3525 | 12.3906 |
CVXGEN | 10.6211 | 0.6603 | 11.1888 |
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