[发明专利]基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法

说明书

本发明公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，属于飞行器制导与控制技术领域。本发明实现方法为：通过设计参数化攻角控制剖面，将攻角与时间作为待调参数，用于调节飞行器终端速度；对控制剖面进行光滑处理，得到满足控制量约束的攻角曲线；优化设计攻角参数，将轨迹规划问题转化为时间参数规划问题，并通过在线规划时间参数得到多约束飞行轨迹。本发明主要用于解决控制量约束及终端位置、角度、速度约束条件下的飞行轨迹快速规划问题，对初始状态扰动具有鲁棒性，能够在满足控制量约束及终端状态约束的前提下，通过求解攻角参数优化问题降低轨迹规划维度，缩短规划时间，提高规划效率。

技术领域

本发明涉及一种飞行器轨迹规划方法，尤其涉及一种基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，属于飞行器制导与控制技术领域。

背景技术

制导技术是保证飞行器完成任务目标的关键，而轨迹规划是制导技术设计的重要环节。随着飞行任务要求的不断提高，轨迹规划在满足传统终端位置约束的基础上还需要满足终端角度、终端速度等约束。在飞行器机动能力限制(如攻角幅值约束、变化率约束等)下，给出满足多种终端约束的飞行轨迹，对于高精度着陆或打击任务的完成具有重要意义。目前，有关多约束飞行轨迹规划技术的研究通常采用优化方法(如高斯伪谱法、遗传算法等)对高维非线性规划问题进行求解。优化方法收敛性差、求解效率低，无法满足在线规划任务要求，故难以应用在实际工程中。

发明内容

本发明公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法要解决的技术问题为：针对多约束条件下飞行轨迹规划问题，引入控制剖面设计并对其参数化，通过控制剖面参数设计，将轨迹规划问题转化为一维参数规划问题，通过求解该问题得到满足多约束条件的控制剖面与飞行轨迹，实现基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划。本发明对初始状态偏差具有鲁棒性，能够降低轨迹规划维度，提高规划效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，通过引入控制剖面设计使飞行器具有终端速度调节能力，并对控制剖面进行参数化，将剖面设计问题转化为参数设计问题；在飞行器机动性能限制下，对控制剖面进行光滑处理，得到满足约束条件的攻角曲线；对控制剖面进行参数设计，将轨迹规划问题转化为单自变量函数零点搜索问题，通过求解该问题，得到多约束飞行轨迹，实现基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划。本发明对初始状态扰动具有鲁棒性，同时能够降低轨迹规划维度，提高规划效率。

本发明公开的基于参数化控制剖面的多约束轨迹快速规划方法，包括如下步骤：

步骤一、建立纵向平面内的飞行轨迹约束模型，针对终端时刻的位置、角度、速度约束，将飞行轨迹分为速度控制段与位置\角度控制段，其中速度控制段采用参数化的三段式攻角控制剖面设计，位置\角度控制段采用偏置比例导引法生成控制指令。

步骤一的具体实现方法为：

飞行器机动行为主要集中在飞行纵向平面内，因此仅考虑纵向平面内的飞行轨迹规划。定义飞行器状态变量

X＝[x,y,v,θ]^T (1)

其中，x为飞行器射程，方向由飞行器初始位置重力矢量与地面交点指向目标点；y为飞行器高度；v为飞行器速度大小；θ为飞行器倾角。飞行器状态变量受到始末状态约束