高超声速目标拦截中制导最优轨迹在线生成方法研究

The notion of on-line amending and generating anew with middle guidance optimum trajectory for hypersonic vehicle interception is put forward creatively. Build the multifactor coupling restricting trajectory optimization model of multi-targets by analyzing interceptor middle guidance optimum. Study index processing algorithm based on optimizing method and quick generating technique of multifactor coupling restricting optimization model based on multi-targets optimization. Construct theoretic frame of stringent restricting, high precision and frequent multi-targets trajectory optimization. Probe into optimal or suboptimal trajectory on-line amending mechanism. Break through on-line generating problem of amending and generating anew trajectory, which will offer theoretical instructions and technological supports for the interception of hypersonic targets, and the theoretical significance and application merits for the improvements against threats caused by near-space hypersonic weapons to establish an integrate defense system for the air and space.

针对反临近空间高超声速目标拦截弹的中制导轨迹优化问题，提出最优轨迹在线修正与重生成的研究思路，通过对拦截弹中制导优化指标的分析，建立多目标优化的多因素耦合约束轨迹优化模型，研究基于优化方法的多目标指标处理算法和多目标优化的多因素耦合约束轨迹快速生成方法，构建受严苛约束、高精度、快速的多目标轨迹优化理论框架，剖析基于最优轨迹的最优/次优在线修正机理，探究拦截高超声速目标最优轨迹修正与重生成的机制与方法，突破“修正-重生成”轨迹在线生成难题，为反高超声速目标拦截弹中制导段轨迹在线生成提供理论指导和技术支持，对提升我国应对临近空间高超声速武器威胁、保卫空天安全具有重要理论意义和实用价值。

本项目针对反临近空间高超声速目标拦截弹的中制导轨迹优化问题，从满足多约束条件的多目标优化中制导基准最优轨迹生成，基于最优轨迹的最优/次优在线修正轨迹生成和拦截高超声速目标的中制导轨迹在线修正与重生成策略这三个方面进行研究。（1）开展了多目标优化的多因素耦合约束最优轨迹生成研究。首先，项目建立了考虑拦截器释放窗口约束的中制导轨迹优化模型；其次，项目改进了自适应hp-Radau伪谱法，并将其应用到轨迹优化问题中；最后，基于上述基础，项目结合物理规划方法，设计了面向多约束最优控制问题的多目标优化算法，得到了满足多约束条件的多目标优化中制导基准最优轨迹。（2）开展了基于最优轨迹的最优/次优在线修正轨迹生成研究。首先，项目利用交互多模型算法对目标状态进行实时的跟踪，构建了动态交接班窗口模型；其次，项目利用模型预测静态规划理论设计了面向交接班窗口的拦截弹中制导次优轨迹修正算法；最后，通过构建侧窗探测导引头截获概率模型，设计了滚动时域下的中制导轨迹在线修正算法，实现了对交接班时刻导引头覆盖范围的动态调整。（3）进行了最优轨迹修正的适应范围和在线轨迹重生成机制两个方面进行了研究。首先，项目针对最优轨迹在线修正问题设计了考虑终端时间变化的邻域最优轨迹在线修正算法；其次，项目利用蒙特卡洛仿真实验方法对该算法的适用范围进行了分析，划定了中制导轨迹在线修正与重生成的界定范围；再次，项目针对轨迹在线重生成问题提出了基于虚拟域动态逆的在线轨迹规划算法；最后，项目结合以上算法技术，设计了中制导轨迹在线修正和重生成策略。