基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法技术

本发明专利技术公开了基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法，涉及飞行器变形技术领域，考虑了滑翔飞行器在不同飞行阶段的变形策略，适用于多种滑翔飞行器，具有泛化性。滑翔飞行器根据所执行的作战任务，进行发射诸元解算并进行发射诸元装订，获得预设的标称轨迹。在助推段，滑翔飞行器收起机翼。在助推段与中段交班点，滑翔飞行器展开一级机翼。在中段，若遭遇敌方拦截，则在助推段与中段交班点外形的基础上，展开二级机翼，同时针对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划。在中段与末段的交班点，滑翔飞行器收起全部机翼。在末段，若遭遇敌方拦截，则根据机动所需过载量进行在线变形，同时进行轨迹重规划。同时进行轨迹重规划。同时进行轨迹重规划。

【技术实现步骤摘要】
基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法


[0001]本专利技术涉及飞行器变形
，具体涉及基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法。

技术介绍

[0002]首先，在实际飞行环境中，常规固定外形飞行器的大升阻比与大机动过载之间存在矛盾，因此“高机动”需求与“远航程”需求难以兼顾；其次，在高速飞行情况下，常规固定外形飞行器往往为减少气动热而偏离最优攻角，从而导致其航程大打折扣；第三，常规飞行器的控制大多依靠操纵舵，在实际工程应用中操纵性能有限。
[0003]综上所述，常规飞行器目前现有的固定外形的气动布局，使得跨大空域、全速域飞行的飞行器无法达到整个飞行阶段的性能最优。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法，考虑了滑翔飞行器在不同飞行阶段的变形策略，适用于多种滑翔飞行器，具有泛化性，能够用于提高滑翔飞行器的环境适应性，实现复杂环境下全飞行过程的性能最优。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是针对至少包括两级伸缩机翼的滑翔飞行器进行大空域转换飞行策略优化，包括如下步骤：步骤1：滑翔飞行器根据所执行的作战任务，进行发射诸元解算并进行发射诸元装订，获得预设的标称轨迹。
[0006]步骤2：滑翔飞行器发射，并按预设的标称轨迹持续飞行。
[0007]步骤3：在助推段，滑翔飞行器收起机翼，采用阻力最小的气动外形，保证助推段的速度、高度、姿态和轨迹要求。
[0008]步骤4：在助推段与中段交班点，滑翔飞行器展开一级机翼，提高最优升阻比，提高中段的飞行航程。
[0009]步骤5：在中段，若滑翔飞行器未遭遇敌方拦截，则保持助推段与中段交班点外形，按照预设的标称轨迹持续飞行；若滑翔飞行器遭遇敌方拦截，则在助推段与中段交班点外形的基础上，展开二级机翼，同时针对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划，重规划后的轨迹保证滑翔飞行旗完成原始的作战任务。
[0010]步骤6：在中段与末段的交班点，滑翔飞行器收起全部机翼。
[0011]步骤7：在末段，若滑翔飞行器未遭遇敌方拦截，则保持中末段交班点的外形，按照预设的标称轨迹持续飞行；若滑翔飞行器在末段遭遇敌方拦截，则根据机动所需过载量进行在线变形，同时对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划，重规划后的轨迹保证滑翔飞行旗完成原始的作战任务。
[0012]进一步地，发射诸元包括发射方位角A、最大负攻角α
m
、三级俯仰角变化率φ3’
、剖面参数D
c
、标称攻角指令α
p
、标称倾侧角指令γ
Vp
。
[0013]进一步地，针对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划，具体步骤为：以变形的时机和变形后的飞行器参数组成为多目标变量。
[0014]对于多目标变量X
origin
，首先进行分解得到单目标变量（X1,
…
,X
m
）,m为单目标变量个数，之后对优化目标进行聚合更新，并验证是否满足终止条件：脱靶量大于10m且能够完成作战任务，若满足则输出最终优化结果X
best
，否则继续进行分解更新，直至满足终止条件，之后输出最终优化结果X
best
。
[0015]根据最终优化结果确定重规划后的轨迹。
[0016]进一步地，步骤7中，若滑翔飞行器在末段遭遇敌方拦截，则根据机动所需过载量进行在线变形，具体为：当所述滑翔飞行器感知到敌方拦截时，感知单元将探测到的敌我双方实时态势信息传输给深度强化学习网络，所述敌我双方实时态势信息包括敌我双方相对距离R、相对视线角q作为网络的观测向量S
t
，网络内部则进行奖励函数R
t
的梯度更新。
[0017]随着攻防对抗的进行，奖励函数逐渐收敛至取值最优，从而得到一个能够稳定输出规避与突防策略π
*
的深度强化学习神经网络模型，该网络模型用于稳定输出动作控制指令；所述动作控制指令包括过载控制指令或者姿态控制指令；此时，固定该网络模型的权重参数，当再次输入感知单元观测到的实时态势信息时，该网络模型即可稳定输出连续的动作控制指令，且保证在此连续动作控制指令的指导下，滑翔飞行器实现实时的规避与突防，并且最终完成原始作战任务。
[0018]进一步地，奖励函数R
t
的主线回报设计为：脱靶量大于10m且能完成原始任务。
[0019]有益效果：1、本专利技术考虑在常规固定外形飞行器的基础上引入变形技术，从而兼顾各个阶段的飞行性能需求。比如，在助推段采用阻力最小的气动外形以节省燃料; 在中段采用最优升阻比外形以增加航程; 在末段力求外形阻力小、可用过载大以增加落速和提高突防能力。在飞行器飞行过程中引入变形技术，可以有效改善现有飞行器的性能局限，使飞行器的潜力得到更好的发挥。
[0020]2、本专利技术提供了一种基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略，针对飞行器在不同飞行阶段的性能需求，利用变形技术提高了助推段的能量利用率、中段的航程能力和大空域转换突防能力、末段的打击能力和机动突防能力，从而有效提高了飞行器的环境适应性和战场生存能力，实用性强。
[0021]3、本专利技术可面向典型飞行器的典型飞行阶段，针对性地给出满足其性能需求的最优变形策略；同时，本专利技术适用于多种飞行器的各种飞行阶段，可实现其在不同飞行阶段的最优性能，泛化性强。
[0022]4、本专利技术中飞行器各阶段变形策略的生成都是基于统一的框架，基于这种框架的飞行器可以自适应地增添或删减，从而有效应对飞行器随时出现损毁或者增添的场景，鲁棒性强。
附图说明
[0023]图1为一种基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略的整体流程图；图2为发射诸元求解方法示意图；
图3为中段变形策略及轨迹重规划求解方法示意图；图4为末段变形策略及轨迹重规划求解方法示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0025]本专利技术提供了一种基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略。该方法在考虑飞行器可变外形的情况下，实现面向侦察、打击等典型飞行任务的大空域转换飞行策略的快速、高效生成。本专利技术结合多目标优化和深度强化学习方法，作为基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略的求解算法。算法对机载计算器的硬件要求低，求解速度快。其主要实体可以包括如下：用于执行战场侦察、打击等任务的低速、亚音速、超音速以及高超音速滑翔飞行器。本专利技术所针对的滑翔飞行器具备至少两级伸缩机翼。
[0026]如图1所示，所述的一种基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略具体步骤如下：步骤1：根据侦察、打击等作战任务，针对典型滑翔飞行器进行发射诸元解算并进行发射诸元装订，其中发射诸元包括：发射方位角A、最大负攻角α
m
、三级俯仰角变化率φ3’
、剖面参数D
c
、标称攻角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法，其特征在于，针对至少包括两级伸缩机翼的滑翔飞行器进行大空域转换飞行策略优化，包括如下步骤：步骤1：滑翔飞行器根据所执行的作战任务，进行发射诸元解算并进行发射诸元装订，获得预设的标称轨迹；步骤2：滑翔飞行器发射，并按预设的标称轨迹持续飞行；步骤3：在助推段，滑翔飞行器收起机翼，采用阻力最小的气动外形，保证助推段的速度、高度、姿态和轨迹要求；步骤4：在助推段与中段交班点，滑翔飞行器展开一级机翼，提高最优升阻比，提高中段的飞行航程；步骤5：在中段，若滑翔飞行器未遭遇敌方拦截，则保持助推段与中段交班点外形，按照预设的标称轨迹持续飞行；若滑翔飞行器遭遇敌方拦截，则在助推段与中段交班点外形的基础上，展开二级机翼，同时针对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划，重规划后的轨迹保证滑翔飞行旗完成原始的作战任务；步骤6：在中段与末段的交班点，滑翔飞行器收起全部机翼；步骤7：在末段，若滑翔飞行器未遭遇敌方拦截，则保持中末段交班点的外形，按照预设的标称轨迹持续飞行；若滑翔飞行器在末段遭遇敌方拦截，则根据机动所需过载量进行在线变形，同时对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划，重规划后的轨迹保证滑翔飞行旗完成原始的作战任务。2.如权利要求1所述的基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法，其特征在于，所述发射诸元包括发射方位角A、最大负攻角α
m
、三级俯仰角变化率φ3’
、剖面参数D
c
、标称攻角指令α
p
、标称倾侧角指令γ
Vp
。3.如权利要求1或2所述的基于多阶段可变外形的大空域转换飞行策略优化方法，其特征在于，所述针对变形后的滑翔飞行器进行轨迹重规划，具体步骤为：以变形的时机和变形后的飞行器参数组成为多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玥，李柯绪，刘劲涛，刘鑫渝，吴若愚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：