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地地弹道导弹轨迹优化设计研究

作　者: 李鑫
导　师: 南英
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 地地弹道导弹 轨迹优化 改进遗传算法 多目标优化 飞行数值仿真
分类号: TJ762.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 25次
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内容摘要


历来多次国际战争中经常看到地地弹道导弹的身影。因其威力大、射程远和高精度等特点，自问世以来受到世界各国的高度重视。地地弹道导弹的轨迹是在发射前确定的，因此对其轨迹的优化设计与仿真工作是导弹总体设计中非常重要的环节，它直接影响着导弹是否能正常发挥其飞行性能。本文针对地地导弹的任务要求，对地地导弹的轨迹优化设计工作展开了深入研究。主要工作包括：首先，分析研究地地导弹飞行轨迹的特点及其运动规律，分主动段、自由飞行段和再入段建立导弹的运动微分方程，并分析影响导弹弹道的主要参数，建立飞行控制程序和导弹的多目标优化模型，包括坐标转换模块、标准大气模块、地球引力模块、导弹特性（包括一级、二级及三级发动机及弹头）及飞行控制程序等。该导弹系统模型用于对该地地导弹进行性能优化和大系统飞行仿真与分析使用。然后，针对地地导弹多目标优化问题，研究了导弹弹道系统优化与仿真算法。首先利用加权和法将多目标优化模型转化为单目标优化问题，然后通过选用导弹飞行程序角的几个随飞行时间变化的动态参数，将动态参数轨迹优化问题转化成静态参数优化问题求解。针对遗传算法优化中收敛较慢的问题，研究了一种可快速收敛的改进遗传算法并编程实现，并利用C++语言编程建立导弹弹道仿真的系统仿真软件包。最后，利用导弹轨迹优化软件对不同射程的导弹进行了大量的优化计算，在MATLAB中仿真其轨迹和弹道参数并做出分析。优化计算结果表明，该软件对近程、中程、远程和洲际地地导弹的轨迹优化均可达到很好的效果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 课题背景及研究目的和意义  12-13
  1.2 地地弹道导弹介绍  13-14
    1.2.1 地地导弹的特点  13
    1.2.2 地地导弹的分类  13
    1.2.3 地地导弹的组成结构  13-14
  1.3 导弹轨迹优化数值算法概述  14-21
    1.3.1 轨迹优化问题的转化  15-20
    1.3.2 参数优化方法介绍  20-21
  1.4 国内外研究现状  21-24
    1.4.1 地地导弹国内外研究现状  21-24
    1.4.2 轨迹优化算法研究进展  24
  1.5 本文研究的主要内容及章节安排  24-26
第二章 弹道导弹运动学与动力学建模  26-38
  2.1 坐标系及其转换  26-28
    2.1.1 坐标系的定义  26
    2.1.2 坐标系间的关系及其转换矩阵  26-28
  2.2 地球引力模型  28
  2.3 大气模型  28-31
  2.4 地地弹道导弹所受的力和力矩  31-32
    2.4.1 导弹所受的力  31-32
    2.4.2 导弹所受的力矩  32
  2.5 地地导弹的运动学与动力学方程组  32-37
    2.5.1 主动段运动方程组  33-35
    2.5.2 自由段运动方程组  35-36
    2.5.3 再入段运动方程组  36-37
  2.6 本章小结  37-38
第三章 地地弹道导弹弹道优化模型  38-53
  3.1 转化为参数优化  38-39
  3.2 弹道设计的主要参数  39
  3.3 导弹飞行方案设计  39-44
    3.3.1 主动段  40-42
    3.3.2 被动段  42-44
  3.4 地地导弹多目标轨迹优化设计模型  44-46
    3.4.1 目标函数选择  44-45
    3.4.2 优化变量  45
    3.4.3 约束函数  45
    3.4.4 优化模型  45-46
  3.5 参数优化算法—改进遗传算法  46-52
    3.5.1 遗传算法介绍  46-49
    3.5.2 改进遗传算法  49-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章 地地导弹优化算例  53-69
  4.1 近程地地弹道导弹  53-58
    4.1.1 导弹相关数据  53-55
    4.1.2 算例仿真举例  55-58
    4.1.3 结果及分析  58
  4.2 中程地地导弹仿真  58-63
    4.2.1 导弹相关数据  58-59
    4.2.2 算例仿真举例  59-63
    4.2.3 结果及分析  63
  4.3 洲际地地导弹  63-68
    4.3.1 导弹相关数据  63-64
    4.3.2 算例仿真举例  64-67
    4.3.3 结果及分析  67-68
  4.4 小结  68-69
第五章 结论  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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