【技術實現步驟摘要】
本專利技術提供了一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，屬于航天技術、武器技術、制導控制領域。
技術介紹
1、雙脈沖發動機相比于傳統單推力發動機而言，雙脈沖能夠大幅度調整導彈交戰時機，可以合理分配飛行過程中加減速過程，提高導彈的能量利用效率，該項技術已被廣泛應用于導彈中。初制導是導彈飛行過程中的關鍵一環，關系著任務的成功與否，但是傳統的初制導多為程序制導，抗拉偏能力較弱，且最優性難以保證。偽譜法是目前較為先進的一種彈道優化方法，它主要運用在求解非線性最優控制問題當中。神經網絡是一種理論上能夠擬合任意非線性函數的工具，導彈初制導段的最優控制規律非線性極強，神經網絡能夠對其進行很好的擬合。因此需要改進初制導方法，來使導彈初制導能以近似最優彈道去飛行，為中制導提供良好的初始條件。
技術實現思路
1、由于典型的雙脈沖導彈初制導段為程序制導難以發揮出導彈的全部性能，故本專利技術根據偽譜對整體彈道進行尋優，在尋優結果的基礎上利用神經網絡提出一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈的初制導方法。該初制導方法能夠根據導彈的當前狀態和發射條件給出近似最優的控制指令，提供中制導良好的初始條件。
2、本專利技術一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，如圖1所示，具體包括如下步驟：
3、步驟1.建立彈道優化模型
4、由于導彈在初始發射時通常距離目標較遠，水平面的運動較少，在初制導階段可忽略。導彈在垂直平面由于大氣密度、重力等外界條件會隨著高度劇烈變化，因此，
5、圖2給出了導彈在垂直平面的受力情況，以此建立導彈的動力學模型：
6、
7、其中，r為水平距離，h為高度，v為速度，γ為彈道傾角，p為推力，α為攻角，l為升力，d為阻力，m為質量，g為重力加速度。對雙脈沖導彈來說，其推力可以表現為以下形式：
8、
9、
10、其中，pi為第i段推力；為第i段質量秒流量，可用進行計算，isp為比沖；ti為第i段推力持續時間，τ為脈沖間隔時間。
11、保證控制規律的連續性，設攻角的一階導作為控制量：
12、
13、則根據導彈的動力學模型，給出導彈的優化模型：
14、
15、由于導彈飛行距離較遠，因此，初制導通常只考慮預測命中點，那么需要對導彈飛行的最大距離進行求解，設性能指標為：
16、minj＝-r(tf)?????????????????????????????(6)
17、其中，j為性能指標，tf為末端飛行時間，r(tf)為末端飛行距離。
18、得到導彈飛行最優距離后，根據導彈最近作戰距離對預定陣位進行等間隔劃分預測命中點。此時，性能指標通常考慮為最大末速或是最短飛行時間。二者不能兼得，為了保證空空導彈同時較好的兼顧最大末速和最短飛行時間，故給出如下性能指標：
19、minj＝2tf-v(tf)???????????????????????????(7)
20、步驟2.利用偽譜法求解最優彈道
21、偽譜法是一種求解最優控制的方法，可用于求解最優彈道。采用偽譜法需要給定相應狀態量、控制量以及初始時刻約束、終端時刻約束與過程約束。
22、使用偽譜法可獲得雙脈沖導彈飛行的一系列最優彈道，由于雙脈沖導彈在不同時刻下的推力不同，故將導彈的飛行分為多段來求得最優彈道。導彈飛行時的狀態量如下式所示：
23、x＝[r?h?v?γ?α?m]t????????????????????????(8)
24、導彈飛行時的控制量如下所示：
25、
26、采用攻角的一階導作為控制變量，從而使最優彈道的攻角連續平滑。
27、由于該問題是一個多段優化問題，故需要約束前一段的末端變量與后一段初始時刻變量相同。約束表示如下：
28、
29、其中，xlink為不同飛行段之間的狀態量約束，為第i段飛行段初始時刻的約束，為第i-1段飛行段末端時刻的約束，為第i段初始時刻，為第i-1段末端時刻。同時，要對狀態變量和控制變量加以約束。
30、終端約束設為：
31、xend＝[r(tf)-rpip?h(tf)-hpip]?????????????????????(11)
32、其中，h(tf)為導彈終端飛行高度，rpip和hpip為預測命中點飛行距離和高度。
33、步驟3.使用神經網絡擬合控制指令
34、從導彈的控制規律來看，其呈現出極強的非線性，多項式的方法難以對其進行擬合，因此使用bp神經網絡對其進行擬合。通過研究發現，控制規律與預測命中點位置rf，導彈初始發射高度h0、速度v0，雙脈沖間隔τ，當前飛行時間t有關，即：
35、αbp＝fα(rf,h0,v0,τ,t)??????????????????????????(12)
36、其中，αbp為神經網絡擬合的控制規律。
37、步驟4.使用神經網絡擬合彈道傾角
38、但是單純使用神經網絡擬合的控制規律去進行制導是一種開環制導，抗拉偏能力較弱，因此，同樣使用神經網絡對彈道傾角進行擬合。即：
39、γbp＝fγ(rf,h0,v0,τ,t)??????????????????????????(13)
40、步驟5.次優雙脈沖初制導律
41、得到擬合的攻角控制規律和期望的飛行彈道傾角，根據當前的飛行狀態使用神經網絡得到期望指令和期望彈道傾角，采用如下的指令進行控制：
42、αc＝αbp+k(γ-γbp)??????????????????????????(14)
43、其中，αc為控制攻角指令，k為控制系數(常值)。
44、至此，本專利技術提出的控制規律已能夠進行仿真應用。
45、下面總結本專利技術提出的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法：
46、1)建立彈道優化模型。
47、2)采用偽譜法解算非線性最優彈道。
48、3)采用神經網絡對攻角和彈道傾角規律進行擬合。
49、4)根據發射條件以及當前飛行時間解算導彈此時飛行攻角和彈道傾角。
50、5)根據提前裝訂好的制導系數，計算得到實際控制指令。
51、本專利技術的優點在于：
52、(1)提出了一種基于偽譜法和神經網絡的初制導方法，能夠令導彈按照最優軌跡進行飛行，有效減少了飛行過程中的能量損耗。
53、(2)通過對引入彈道傾角反饋項，該方法在初始發射傾角、氣動系數存在偏差時依舊能夠表現良好。
54、(3)解決了傳統程序制導難以全部發揮導彈全部的性能的劣勢。
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1.一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：在步驟1中，建立導彈的動力學模型：
3.根據權利要求2所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：對雙脈沖導彈來說，其推力表現為以下形式：
4.根據權利要求3所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：保證控制規律的連續性，設攻角的一階導作為控制量：
5.根據權利要求4所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：由于導彈飛行距離較遠，因此，初制導只考慮預測命中點，需要對導彈飛行的最大距離進行求解，設性能指標為：
6.根據權利要求5所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：得到導彈飛行最優距離后，根據導彈最近作戰距離對預定陣位進行等間隔劃分預測命中點；此時，性能指標考慮為最大末速或是最短飛行時間；二者不能兼得，故給出如下性能指標：
7.根據權利要求1所述的一種基
8.根據權利要求1所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：在步驟3中，控制規律與預測命中點位置rf，導彈初始發射高度h0、速度V0，雙脈沖間隔τ，當前飛行時間t有關，即：
9.根據權利要求1所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：在步驟4中，使用神經網絡對彈道傾角進行擬合；即：
10.根據權利要求1所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：在步驟5中，采用如下的指令進行控制：
...【技術特征摘要】
1.一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：在步驟1中，建立導彈的動力學模型：
3.根據權利要求2所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：對雙脈沖導彈來說，其推力表現為以下形式：
4.根據權利要求3所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：保證控制規律的連續性，設攻角的一階導作為控制量：
5.根據權利要求4所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：由于導彈飛行距離較遠，因此，初制導只考慮預測命中點，需要對導彈飛行的最大距離進行求解，設性能指標為：
6.根據權利要求5所述的一種基于偽譜法和神經網絡的雙脈沖導彈初制導方法，其特征在于：得到導彈飛行最優距離后，根據導彈最近作戰距離對預定陣位進行等間...
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