[发明专利]基于智能自适应优化算法的高超声速飞行器再入段轨迹优化控制器

说明书

本发明公开了一种基于智能自适应优化算法的高超声速飞行器再入段轨迹优化控制器，该控制器由飞行器海拔高度传感器、飞行器速度传感器、飞行器飞行航道倾角传感器、飞行器水平飞行距离传感器、飞行器微控制单元MCU、飞行器攻角控制器构成。高超声速飞行器到达再入段空域后，各传感器开启，获得飞行器海拔高度、速度、飞行航道倾角和飞行水平距离信息，MCU根据所获得的信息自动执行内部智能自适应优化算法，得到水平飞行距离最长的轨迹优化控制策略，并将其转换为控制指令发送给攻角控制器执行。本发明能够快速地得到轨迹优化控制策略，使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器再入段轨迹优化领域，主要是一种基于智能自适应优化算法的高超声速飞行器再入段轨迹优化控制器。在高超声速飞行器到达再入段后能够给出高超声速飞行器轨迹优化控制策略并转换为飞行器攻角控制指令，使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离。

背景技术

高超声速飞行器是实现远程快速精确打击和全球快速到达的新型飞行器，在未来的军事、政治和经济中具有十分重要的战略地位，已经成为世界航空航天领域一个极其重要的发展方向，研究和发展高超声速飞行器在开发太空和国家安全方面具有非常重要的意义。

在高超声速飞行器的研究中，轨迹优化不仅有利于提高飞行器飞行品质以满足既定任务要求，同时也是完成飞行任务的重要保证和实现机动飞行的必要条件，近些年来一直受到国内外各军事强国的重视，是当前国内外研究的热点和难点。

由于从大气从外缘进入大气层，高度和速度的变化范围很大，高超声速飞行器面临各种严峻的再入环境，再入段轨迹优化技术则是保证高超声速飞行器完成飞行任务的关键，对提高其打击范围和落点精度具有更重要的实用价值。因此，研究高效的高超声速飞行器再入段轨迹优化方法显得尤为重要。

发明内容

为了使高超声速飞行器获得更长的水平飞行距离，提高高超声速飞行器的打击范围，本发明提供了一种基于智能自适应优化算法的高超声速飞行器再入段轨迹优化控制器。

高超声速飞行器再入段轨迹优化问题可以描述为

其中t表示时间，x(t)表示高超声速飞行器的状态变量，x₁(t)表示飞行器海拔高度、x₂(t)表示飞行器速度、x₃(t)表示飞行器飞行航道倾角、x₄(t)表示飞行器水平飞行距离，u(t)表示高超声速飞行器的攻角控制量，为本问题的控制变量；表示状态变量x(t)的一阶导数，F(x(t),u(t),t)是根据高超声速飞行器再入段三维空间运动方程建立的微分方程组数学模型；t₀表示再入段轨迹优化开始的时间点，h₀表示优化开始时刻飞行器的初始海拔高度，v₀表示优化开始时刻飞行器的初始速度，γ₀表示优化开始时刻飞行器的初始飞行航道角，r₀表示优化开始时刻飞行器的初始水平飞行距离，t_f表示再入段轨迹优化结束时间点，h_f表示优化结束时刻飞行器的海拔高度，v_f表示优化结束时刻飞行器的速度，γ_f表示优化结束时刻飞行器的飞行航道角；J[u(t)]表示高超声速飞行器轨迹优化的目标函数即优化结束时刻飞行器的水平飞行距离，G[u(t),x(t),t]是高超声速飞行器再入段过程的约束条件，u_min和u_max表示攻角控制范围的下限值和上限值。