本發(fā)明涉及基于不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估，具體涉及一種包含不確定性傳播飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法、設(shè)備及介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、隨著對(duì)抗環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)飛行器、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)等飛行器的機(jī)動(dòng)性能、低空突防、大落角攻擊、障礙規(guī)避等任務(wù)需求也愈來(lái)愈強(qiáng)烈。飛行器飛行中面臨大量不確定性因素，除了質(zhì)量特性偏差、氣動(dòng)模型偏差、大氣環(huán)境干擾、傳感器測(cè)量偏差等隨機(jī)不確定性之外，還存在飛行中由于舵機(jī)、飛行器結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)等故障導(dǎo)致的不確定性，這些不確定性因素的存在嚴(yán)重影響飛行器的飛行性能，進(jìn)而影響飛行器執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的能力。因此，根據(jù)對(duì)抗態(tài)勢(shì)和飛行環(huán)境，實(shí)時(shí)對(duì)飛行器任務(wù)能力進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而基于當(dāng)前能力去智能決策、規(guī)劃最佳后續(xù)飛行任務(wù)，是一項(xiàng)十分重要且不可或缺的工作內(nèi)容。傳統(tǒng)方法在評(píng)估中并未考慮飛行器飛行中的各種不確定性因素，能力評(píng)估結(jié)果并非可靠，或簡(jiǎn)單地施加安全因子導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果又過(guò)于保守，缺乏精細(xì)化的飛行能力評(píng)估模型，大為限制了飛行能力的發(fā)掘利用。隨著飛行器動(dòng)力學(xué)非線性和飛行包線的增加，飛行器性能不確定度量化的計(jì)算量和復(fù)雜度大幅增加，給包含不確定性的飛行能力-任務(wù)能力映射的精細(xì)化模型和任務(wù)能力在線評(píng)估帶來(lái)很大困難。因此，研究包含不確定性因素的飛行器飛行能力評(píng)估方法意義重大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種包含不確定性傳播飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法、設(shè)備及介質(zhì)，能夠取代基于飛行器有控飛行軌跡仿真的飛行能力預(yù)測(cè)方式，顯著降低任務(wù)能力評(píng)估的計(jì)算量，確保評(píng)估的實(shí)時(shí)性。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：
3、一種包含不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法，包括：
4、步驟一、對(duì)影響飛行器任務(wù)能力的不確定性因素進(jìn)行分類表征和建模；
5、步驟二、建立飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程；
6、步驟三、建立飛行高度越低、攻擊落角越大、剩余能量越多則越好所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；
7、步驟四、將動(dòng)力學(xué)方程線性化和目標(biāo)函數(shù)離散化，得到軌跡規(guī)劃的凸規(guī)劃問(wèn)題；
8、步驟五，建立飛行器能力邊界預(yù)示的表達(dá)式；
9、步驟六、基于飛行器能力邊界預(yù)示的表達(dá)式，進(jìn)行滾動(dòng)凸優(yōu)化的閉環(huán)制導(dǎo)，得到一條最佳飛行軌跡；
10、步驟七、重復(fù)進(jìn)行步驟一到六，得到不同故障和隨機(jī)不確定性因素下的最優(yōu)飛行軌跡，基于此構(gòu)建包含不確定性的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛行器飛行能力的在線預(yù)測(cè)。
11、其中，所述步驟二中，基于瞬時(shí)平衡假設(shè)，得到考慮在地平假設(shè)以及協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎下的飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。
12、其中，所述步驟二中，給定任意一組不確定性因素的參數(shù)數(shù)值，通過(guò)調(diào)用飛行器有控質(zhì)點(diǎn)飛行軌跡仿真模型得到對(duì)應(yīng)的飛行狀態(tài)軌跡；不確定性因素的參數(shù)包括：舵機(jī)故障、升力面受損和推力下降的發(fā)生時(shí)刻、故障參數(shù)、氣動(dòng)不確定性以及推力不確定性。
13、其中，引入攻角、速度傾斜角以及推力的變化率作為控制量，對(duì)飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擴(kuò)維，將攻角、速度傾斜角和推力都作為系統(tǒng)狀態(tài)量，得到擴(kuò)維的動(dòng)力學(xué)方程，將擴(kuò)維的動(dòng)力學(xué)方程作為飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的最終動(dòng)力學(xué)方程。
14、其中，所述步驟六中，在每個(gè)制導(dǎo)周期，飛行器進(jìn)行基于凸優(yōu)化的在線軌跡規(guī)劃，實(shí)時(shí)得到某類任務(wù)下滿足約束的最優(yōu)控制指令，并將最優(yōu)控制指令作用于飛行器，更新飛行器的當(dāng)前狀態(tài)與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，再次進(jìn)行凸優(yōu)化的軌跡規(guī)劃，如此循環(huán)，直到飛抵指定位置或達(dá)到終止條件。
15、其中，所述步驟一中，所述不確定因素包括氣動(dòng)系數(shù)擾動(dòng)、質(zhì)量特性偏差、隨機(jī)風(fēng)干擾、大氣密度偏差、傳感器噪聲、舵機(jī)故障、升力面受損和動(dòng)力下降。
16、其中，所述步驟三中，考慮超低空突防、大落角攻擊和區(qū)域規(guī)避的能力指標(biāo)，建立所述目標(biāo)函數(shù)。
17、其中，所述步驟七中，還包括如下步驟：基于構(gòu)建好的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云模型，輸入故障信息以及歷史飛行軌跡，預(yù)測(cè)故障發(fā)生后的包含隨機(jī)不確定性影響的大量飛行狀態(tài)。
18、本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括處理器、用于存儲(chǔ)所述處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器；所述處理器，用于從所述存儲(chǔ)器中讀取所述可執(zhí)行指令，并執(zhí)行所述指令以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的包含不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法。
19、本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序用于執(zhí)行本發(fā)明所述的包含不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法。
20、有益效果：
21、1、本發(fā)明方法面向不確定性下的飛行器任務(wù)能力評(píng)估需求，基于凸優(yōu)化和不確定性傳播理論提出一種精細(xì)化任務(wù)能力評(píng)估技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建不確定性信息-飛行能力-任務(wù)能力映射關(guān)系的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云模型，通過(guò)不確定性因素梳理和表征方法、基于優(yōu)化的故障后飛行器能力邊界預(yù)示和基于凸優(yōu)化的在線軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)包含不確定性的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云任務(wù)能力評(píng)估。
22、2、本發(fā)明面向考慮不確定性條件下的飛行器任務(wù)能力評(píng)估需求，針對(duì)超低空突防等諸多任務(wù)能力，分別建立任務(wù)能力對(duì)應(yīng)的飛行能力指標(biāo)，梳理并表征飛行過(guò)程中影響飛行器飛行能力指標(biāo)的諸多不確定性因素，建立基于動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云的任務(wù)能力映射關(guān)系模型，形成一套完整的基于高效不確定性傳播理論的任務(wù)能力評(píng)估技術(shù)。
23、3、本發(fā)明相比于傳統(tǒng)考慮制導(dǎo)回路帶寬變低的策略，可充分發(fā)掘飛行器故障下的飛行能力；基于動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云對(duì)所考慮的不確定性因素進(jìn)行不確定性傳播，相比于傳統(tǒng)不直接考慮不確定性的方法，評(píng)估結(jié)果更加合理，避免了安全系數(shù)方法的保守性，更有利于飛行器任務(wù)規(guī)劃決策的合理性。
24、4、本發(fā)明所提出的方法和技術(shù)能夠?yàn)椴淮_定性影響下的故障飛行器任務(wù)能力評(píng)估提供有效理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。
25、5、本發(fā)明設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法，面向不確定性下的飛行器任務(wù)能力評(píng)估需求，基于凸優(yōu)化和不確定性傳播理論提出一種精細(xì)化任務(wù)能力評(píng)估技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建不確定性信息-飛行能力-任務(wù)能力映射關(guān)系的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云模型，通過(guò)不確定性因素梳理和表征方法、基于優(yōu)化的故障后飛行器能力邊界預(yù)示和基于凸優(yōu)化的在線軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)包含不確定性的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云任務(wù)能力評(píng)估。
26、6、本發(fā)明介質(zhì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法，面向不確定性下的飛行器任務(wù)能力評(píng)估需求，基于凸優(yōu)化和不確定性傳播理論提出一種精細(xì)化任務(wù)能力評(píng)估技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建不確定性信息-飛行能力-任務(wù)能力映射關(guān)系的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云模型，通過(guò)不確定性因素梳理和表征方法、基于優(yōu)化的故障后飛行器能力邊界預(yù)示和基于凸優(yōu)化的在線軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)包含不確定性的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云任務(wù)能力評(píng)估。
1.一種包含不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟二中，基于瞬時(shí)平衡假設(shè)，得到考慮在地平假設(shè)以及協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎下的飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟二中，給定任意一組不確定性因素的參數(shù)數(shù)值，通過(guò)調(diào)用飛行器有控質(zhì)點(diǎn)飛行軌跡仿真模型得到對(duì)應(yīng)的飛行狀態(tài)軌跡；不確定性因素的參數(shù)包括：舵機(jī)故障、升力面受損和推力下降的發(fā)生時(shí)刻、故障參數(shù)、氣動(dòng)不確定性以及推力不確定性。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，引入攻角、速度傾斜角以及推力的變化率作為控制量，對(duì)飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擴(kuò)維，將攻角、速度傾斜角和推力都作為系統(tǒng)狀態(tài)量，得到擴(kuò)維的動(dòng)力學(xué)方程，將擴(kuò)維的動(dòng)力學(xué)方程作為飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的最終動(dòng)力學(xué)方程。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟六中，在每個(gè)制導(dǎo)周期，飛行器進(jìn)行基于凸優(yōu)化的在線軌跡規(guī)劃，實(shí)時(shí)得到某類任務(wù)下滿足約束的最優(yōu)控制指令，并將最優(yōu)控制指令作用于飛行器，更新飛行器的當(dāng)前狀態(tài)與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，再次進(jìn)行凸優(yōu)化的軌跡規(guī)劃，如此循環(huán)，直到飛抵指定位置或達(dá)到終止條件。
6.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，所述不確定因素包括氣動(dòng)系數(shù)擾動(dòng)、質(zhì)量特性偏差、隨機(jī)風(fēng)干擾、大氣密度偏差、傳感器噪聲、舵機(jī)故障、升力面受損和動(dòng)力下降。
7.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，考慮超低空突防、大落角攻擊和區(qū)域規(guī)避的能力指標(biāo)，建立所述目標(biāo)函數(shù)。
8.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟七中，還包括如下步驟：基于構(gòu)建好的動(dòng)態(tài)圖點(diǎn)云模型，輸入故障信息以及歷史飛行軌跡，預(yù)測(cè)故障發(fā)生后的包含隨機(jī)不確定性影響的大量飛行狀態(tài)。
9.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括處理器、用于存儲(chǔ)所述處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器；所述處理器，用于從所述存儲(chǔ)器中讀取所述可執(zhí)行指令，并執(zhí)行所述指令以實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1-8中任一所述的包含不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序用于執(zhí)行上述權(quán)利要求1-8中任一所述的包含不確定性傳播的飛行器任務(wù)能力評(píng)估方法。