[发明专利]飞行器弹道规划安全性评估方法

说明书

本发明公开了一种飞行器弹道规划安全性评估方法，该方法利用平面射线法处理火箭发射过程中的掉落残骸与禁落区，并且通过包围盒碰撞检测和空间分离轴定理来处理弹道与空间禁避飞区的判交问题，从而实现了火箭发射前的安全性评估及弹道可用性检测。该方法大幅提升了判断的准确性并简化了计算，提高了效率。

技术领域

本发明涉及一种飞行器弹道规划安全性评估方法，属于航空及航天领域火箭弹道规划以及残骸安全性评估技术领域。

背景技术

残骸落区是指弹道导弹各级火箭工作结束与主箭体分离后做自由落体运动，在地面形成的可能落点区域。禁落区为地面上预先设定的可能由城市、工业区、军事区等等构成的区域。残骸落区安全性分析过程可建模为地球弧面上多个区域的相交性判断以及计算掉入禁落区的概率，由于目前中远程导弹及火箭射程的提高，残骸落区以及禁落区的计算和相交性判断需要考虑到地球弧度的影响，同时需要考虑到残骸落区的分布律，在计算相交概率时需要考虑到这一点。

在进行地球弧面多个区域相交性判断时，如果直接以经纬度坐标构建二维坐标，由于经纬度分布实际上是不均匀的，在范围较小(如小于10km)的情况下可能误差比较小，但在实际应用中因为范围的跨度比较大，有时可能达到数百千米，在这种情况下如果忽视经纬度坐标的不均匀性则会造成判定结果的不可信，故需要采用一种高效且精确的投影法则将地球弧面上的点投影到二维平面再进行相交性判断。在进行概率计算时，一般会认为残骸掉落在残骸落区会呈均值分布或者正态分布，这两种分布律中正态分布更加符合实际情况一些，因为火箭残骸在分离弹体后会在一定时间内会做斜抛运动且受到不确定性影响，比较符合正态分布的构造特征，但是二维正态分布的概率计算往往存在效率低且实现比较麻烦的情况，所以需要在不损失精度的情况下进行一定优化。

轨迹空间区域安全性分析主要是考虑弹道导弹“飞行走廊”是否穿越地球表面附近的空间区域，空间区域包括敌方防空区域、禁飞区等。该问题建模为数学问题可以理解为判断两个空间立方体是否相交。空间凸多面体碰撞检测常采用近似几何体来替代原有物体的方法，以此提高效率简化操作，包围盒类型的选择是层次包围盒方法的关键,对用于碰撞检测的包围盒一般受简单性和紧密性的约束。常用的包围盒类型有轴对齐包围体AABB(Axis-Aligned Boun ding Box,简称 AABB)、球包围体(Sphere)、方向包围体OBB(Oriented Bounding Box,简称OBB) 和k-Dops凸包体(Dis-crete OrientationPolytopes,简称Dops)。方向包围体具体定义及求法：一个给定对象的方问包围盒被定义为包含该对象且相对于坐标轴方向任意的最小的长方体。方向包围体的计算关键是寻找最佳方向，并确定在该方向上包围对象的包围盒的最小尺寸。为此，一般应用场合计算方向包围体的方法主要是利用顶点坐标的一阶和二阶统计特性，首先计算顶点分布的均值μ，将它作为包围盒的中心，然后计算协方差矩阵C。协方差矩阵C为实对称阵，其三个特征向量是正交的，正规化后可作为一个基底，它确定了方向包围体的方向，分别计算各个元素的顶点在该基底的三个轴向上的最大值和最小值，以确定该方向包围体的大小。

关于三维空间判断立体间是否存在相交部分以上方法在民用领域使用相当广泛，例如工程及机械建模，游戏引擎制作等等。该方法具有一定的高效性以及较好的可移植性，在紧密型及复杂性约束下效用最佳。但也存在一些问题如精度损失(相对目标本体，若对于传统包围球及轴对齐包围体则具有一定优势)，复杂性较高等等问题。

发明内容

要解决的技术问题：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种飞行器弹道规划安全性评估方法，该方法针对地面残骸落区与禁落区问题，在初始数据的基础上进行合理的转化及投影来消除地球弧度的影响，提升安全性判定的可信度；在处理正态分布概率计算问题时，采用一种类似分割的思想，将区域分块，赋值然后加和来简化计算过程，提高效率；对弹道数据进行一定的转化，在最小的精度损失下获得较好的相交测试立体；采用一种基于投影的算法确定包围体中心以最大程度提升紧密性，获取最小禁避飞区的包围立体。