CN107491090A - 基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，所述方法包括：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。本发明实施例提供的方法，能够保证优化轨迹的安全可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器再入轨迹规划技术领域，特别是涉及一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
滑翔式高超声速飞行器因具有高升阻比的一体化设计外形，具备横、纵向大范围机动飞行能力，因此滑翔再入轨迹优化问题是目前国内外研究的热点。自1948年，钱学森教授提出了一种洲际飞行的助推-再入大气层的滑翔飞行轨迹后，间接法和直接法逐渐成为解决再入滑翔段轨迹优化设计问题的主要方法。
间接法是基于Pontryagin极小值原理将最优控制问题转换为两点边值问题，该方法虽然求解精度高，但是对于协态变量初值的敏感度较高，收敛域较小，难以快速求解；直接法是将连续的最优控制问题离散化、参数化，并以数值搜索的方式进行大量打靶实验，对于初值的敏感度较低。全局Gauss伪谱法作为直接法的一个分支，具有收敛速度快，求解精度较高等特点，得到广泛运用。刘鹏等利用伪谱法的分段优化策略，对高超声速飞行器再入滑翔段进行轨迹优化，虽快速得到最优解，但是由于均匀的配点分布，导致在非光滑处的解的精度较低。刘渊博等利用局部配点法(h法修正)进行自适应网格细化，解决了非光滑处的低精度问题，但是全局快速收敛性降低。Garg D，Darby C L等运用hp自适应方法，既解决了非光滑处的精度问题，也保证了全局收敛性，但是对于考虑飞行禁飞区等问题时，轨迹优化过程中缺少对相邻配点间飞行禁飞区约束满足程度的检测，无法保证优化轨迹的安全可靠性。
发明内容
本发明提供了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的无法保证优化轨迹的安全可靠性的问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，所述方法包括：
确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；
针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；
针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；
判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；
若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；
针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。
可选地，所述针对每个区间，通过如下公式确定检测点：
其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。
可选地，所述针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数的步骤，包括：
针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；
针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；
判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；
若是，则增加所述第二区间的配点数；
若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。
可选地，在所述将所述第二区间划分成多个子区间的步骤之后，所述方法还包括：
将各子区间作为待检测区间，返回执行所述针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点的步骤。
为了解决上述问题，本发明公开了一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置，所述装置包括：
确定模块，用于确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；
检测点确定模块，用于针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；
误差确定模块，用于针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；
判断模块，用于判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；
修正模块，用于若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。
可选地，所述检测点确定模块通过如下公式确定各区间的检测点：
其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。
可选地，所述修正模块包括：
区间确定子模块，用于若所述判断模块的判断结果为否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；
曲率确定子模块，用于针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；
比值向量确定子模块，用于针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；
判断子模块，用于判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；
第一修正子模块，用于若是，则增加所述第二区间的配点数；
第二修正子模块，用于若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。
可选地，所述装置还包括：循环模块，用于在所述第二修正子模块将所述第二区间划分成多个子区间之后，将各子区间作为待检测区间，返回执行所述检测点确定模块。
为了解决上述问题，本发明公开了电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求书中所述的任意一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求书中所述的任意一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明实施例提供的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方案，采用检测点自适应伪谱法，对飞行器再入轨迹进行规划。具体地，在轨迹规划过程中取区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，可检测相邻配点间飞行禁飞区约束的满足程度，能够保证优化轨迹的安全可靠性；并且对于待修正区间，基于曲率的自适应对其进行修正，可控制飞行程序变化率，具有良好的鲁棒性。
附图说明
图1是根据本发明实施例一的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图；
图2是根据本发明实施例二的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图；
图3气动参数拟合结果；
图4多种修正方法配点分布比较图；
图5飞行禁飞区约束下的优化轨迹；
图6配点间违反约束示意图；
图7检测点满足约束示意图；
图8热流密度、法向过载和动压变化值；
图9高度、速度优化值与积分值对比图；
图10攻角、倾侧角优化值与积分值对比图；
图11四种情况下的飞行器轨迹终点对比图；
图12是根据本发明实施例四的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置的结构框图；
图13是根据本发明实施例五的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置的结构框图；
图14是根据本发明实施例六的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图。
本发明实施例的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法包括以下步骤：
步骤101：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差。
本步骤为参数初始化，参数初始化后可以确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差。区间个数、区间内配点数以及最大容许误差在具体实现过程中，可以由本领域技术人员根据实际需求进行设置，本发明实施例中对此不做具体限制。
步骤102：针对每个区间，取区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点。
在连续系统离散化的求解过程中，配点处的解以及配点间的解都满足微分-代数约束方程，才能得到原问题的准确解，因此本发明实施例中提出一种基于配点间的检测点法作为解的近似误差评估准则，可以检验配点间检测点处对于约束方程的满足程度。但是检测点过多，势必会导致求解速度的下降，检测点过少，对于一些高精度要求的微分-代数约束满足程度可能达不到，故本发明中基于不等式约束的检测点数量自适应的误差评估准则来进行检测点修正。
步骤103：针对每个区间，确定检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差。
每个区间中包含多个检测点，每个检测点对应有差值解以及实际解，通过差值解以及实际解可以确定检测点对应的相对误差。同一区间中，对各检测点对应的相对误差进行比较，确定出最大相对误差作为该区间对应的最大相对误差。
步骤104：判断各区间对应的最大相对误差是否均小于最大容许误差；若否，则执行步骤105。
每个区间对应一个最大相对误差。
针对每个区间，通过比较该区间对应的最大相对误差与最大容许误差ε的大小来判断区间内的解是否达到预设精度。在说明解需要修正，反之，则说明解无需修正。
步骤105：确定最大相对误差大于或等于最大容许误差的第二区间。
所划分的区间中，有些区间内的检测点的实际解可能无需再进行修正，有些区间内的检测点的实际解可能需要进行修正，因此，需确定待进一步修正的区间即最大相对误差大于或等于最大容许误差的第二区间。
步骤106：针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将第二区间划分成多个子区间，或者增加第二区间的配点数。
考虑到曲率可以反映解的平滑性，提出依据曲率来选择细化区间(h法修正)或者增加该区间内配点数(p法修正)的方法来提高解的精度。
对于再进行区间细分的第二区间，将第二区间细分成多个子区间后，将各子区间作为检测区间返回执行步骤102，循环执行步骤102至步骤106直至区间无需在进行修正为止。
对于增加配点数的第二区间即修正后的区间，需要再次返回执行步骤102，取修正后的区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，确定修正后的区间对应的插值解与实际解的最大相对误差，判断最大相对误差是否小于最大容许误差，若是，则不再对该区间进行修正；若否，则依据该区间内检测点处的曲率确定将该区间划分成多个子区间，或者再次增加该区间的配点数。重复上述流程，直至该区间均无需再进行修正为止。上述详细对一个第二区间进行修正的具体流程进行了说明，在具体实现过程中，需要对各第二区间均执行修正，因此重复执行上述具体修正流程即可。
本发明实施例提供的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，采用检测点自适应伪谱法，对飞行器再入轨迹进行规划。具体地，在轨迹规划过程中取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，可检测相邻配点间飞行禁飞区约束的满足程度，能够保证优化轨迹的安全可靠性；并且对于待修正区间，基于曲率的自适应对其进行修正，可控制飞行程序变化率，具有良好的鲁棒性。
实施例二
参照图2，示出了本发明实施例二的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法的步骤流程图。
本发明实施例中的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法具体包括以下步骤：
步骤201：确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差。
本步骤为参数初始化。
步骤202：针对每个区间，取区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点。
本发明实施例中，基于检测点的自适应误差评估准则确定各区间内的检测点，其中，区间可以表示为[tk-1,tk]，区间[tk-1,tk]内的配点数可以表示为Nk，最大容许误差可以表示为ε。
针对每个区间，通过如下公式确定检测点：
其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量，见公式(2)。
其中，C∈[Cmin,0]，根据问题的实际情况得到Cmin，并设定[dmin,dmax]。根据图3可以看出越接近不等式约束极限，检测点数量d(k)越多，本发明实施例基于检测点的自适应误差评估准则确定区间内的检测点既可保证计算效率，又可保证对约束极限处检测点的充分设置。
重复执行步骤202确定各区间中的检测点。
步骤203：针对每个区间，确定检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差。
确定最大相对误差的时，具体通过公式(3-5)。
式中，l＝1,…,d(k)，i＝1,…,Nk，为d(k)×d(k)阶Radau伪谱微分矩阵。
重复执行步骤203确定各区间对应的最大相对误差。
步骤204：判断各区间对应的最大相对误差是否均小于最大容许误差；若否，则执行步骤205；若是，则得到最优轨迹终止轨迹优化流程。
若各区间对应的最大相对误差均小于最大容许误差ε，则确定各区间内检测点对应的实际解均达到预设精度，因此通过各区间内检测点的实际解即可得到最优轨迹，轨迹优化流程结束。
若某一个或多个区间对应的最大相对误差大于或等于最大容许误差ε，则确定该区间内检测点对应的实际解未达到预设精度，因此，需要对该区间内检测点对应的实际解进行修正。
步骤205：确定最大相对误差大于或等于最大容许误差的第二区间。
第二区间可以为一个或者多个。
步骤206：针对每个第二区间，确定第二区间中各检测点处的曲率。
第二区间内包含多个检测点，每个检测点处对应一个曲率。
第i个状态在第l个检测点处的曲率可表示为公式(6)。
步骤207：针对各检测点，计算检测点处的曲率与曲率均值比值向量。
进一步构造曲率与曲率均值的比值向量κ，见公式(7)。
其中，
步骤208：判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；若是，则执行步骤209；若否，则执行步骤210。
预设值为判断实施自适应修正策略的标准ρ。
通过步骤206-步骤207已计算出各第二区间中、各检测点对应的比值向量k。针对每个第二区间，判断其所包含的检测点对应的比值向量k是否均小于预设值。针对同一各第二区间，该区间内各检测点对应的比值向量则为k中的元素。
κ中的每个元素都小于ρ：由于该第二区间内的曲率较为平滑，具有一致性，采取增加区间内配点数(p法修正)的方法提高求解精度。解的误差近似为O(N2.5-N)，N为区间内的配点数，可以估计得到需要新增加配点数见公式(8)。
κ中存在大于ρ的元素：由于该第二区间内的曲率不具有一致性，则采取细化区间(h法修正)的方法提高求解精度。作为区间最大值，该点处即为增加新区间的位置，在每个新增加的区间内配点数为Nk。h法修正、p法修正以及hp自适应的配点分布比较如图3。
步骤209：增加第二区间的配点数。
对于增加配点数的第二区间即修正后的区间，需要再次返回执行步骤202，取修正后的区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，确定修正后的区间对应的插值解与实际解的最大相对误差，判断最大相对误差是否小于最大容许误差，若是，则不再对该区间进行修正；若否，则依据该区间内检测点处的曲率确定将该区间划分成多个子区间，或者再次增加该区间的配点数。重复上述流程，直至该区间均无需再进行修正为止。
步骤210：将第二区间划分成多个子区间。
对于在进行区间细分的第二区间，将第二区间细分成多个子区间后，将各子区间作为检测区间返回执行步骤202，循环执行步骤202至步骤210直至区间无需在进行修正为止。
步骤206至步骤210中记载了对一个第二区间进行修正的具体流程，在具体实现过程中，需要对各第二区间均执行修正，因此重复执行上述流程即可。
本发明实施例提供的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，采用检测点自适应伪谱法，对飞行器再入轨迹进行规划。具体地，在轨迹规划过程中取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，可检测相邻配点间飞行禁飞区约束的满足程度，能够保证优化轨迹的安全可靠性；并且对于待修正区间，基于曲率的自适应对其进行修正，可控制飞行程序变化率，具有良好的鲁棒性。
实施例三
本发明实施例中，以CAV-L型高超声速飞行器为例，在航迹坐标系下建立考虑地球自转及扁率的飞行器动力学模型，对气动参数进行高精度拟合，通过设置飞行禁飞区，采用基于检测点的hp自适应伪谱法，对飞行器再入滑翔轨迹进行快速规划。
动力学模型具体相关说明如下：
考虑地球为旋转椭球体，航迹坐标系下建立再入飞行器三自由度运动方程：
式中，为系统的状态变量，分别表示飞行器的地心距、经度、纬度、速度、航迹倾角、航迹偏角、攻角、倾侧角，为了满足执行机构的实际变化速率，增加真实性，将飞行程序角的变化率作为虚拟的控制量。飞行器质量为m、地球重力加速度为g，由于飞行器的飞行跨度较大，必须考虑地球自转角速度ω＝0.729·10-4rad/s。升力L和阻力D的气动系数可由CAV-L的相关气动数据采用最小二乘法拟合得到，表达式见公式(10)。
其中，标准大气密度ρ0＝1.225kg/m3、标准高度β＝7100m、飞行器参考面积Sref＝0.35m2、[h,M]T分别表示实时位置海拔高度和相应马赫数。
通过二元二次函数的形式拟合气动参数CL与CD，如图3(其中图3a为气动参数CL的拟合结果，图3b为气动参数CD的拟合结果)，拟合结果的性能指标R-square分别达到0.9812和0.9929，具有较高的拟合精度，提高了对飞行状态的描述能力，具体参数见公式(11)。
再入轨迹规划模型相关说明如下：
约束条件
高超声速滑翔飞行器轨迹规划的约束条件主要包括微分方程组约束、过程约束、终端状态约束、控制变量约束和禁飞区约束等。
过程约束：高超声速飞行器的再入过程非常复杂，必须综合考虑热流密度、过载、动压等因素对轨迹的约束。
其中常数C1＝11030，飞行器头部曲率半径Rd＝0.1m，根据CLV-L的飞行过程基本参数，取上限值为nmax＝6，qmax＝2000kPa。
终端状态约束：以到达指定末制导段交班点为终端目标，见公式(13)：
同时，为提高末制导段的精度，在交班前加入终端约束条件，见公式(14)：
r(tf)≥rf V(tf)≥Vf γ(tf)＜γf (14)
控制变量约束：受到飞行器结构和控制系统的限制，在整个飞行过程中，不能出现控制量大小和变化速率的“饱和失控”现象，因此需要对控制量进行约束，见公式(15)。
禁飞区约束：飞行禁飞区是以地球表面某经纬度点为圆心的无限高圆柱体，所设计的飞行轨迹是不允许与该圆柱体有任何交点。根据多阶段优化方法，将飞行禁飞区不等式约束统一地转化为等式内点约束。禁飞区约束见公式(16)：
其中，j＝1,2,…,jend，jend表示飞行禁飞区的个数，Rj表示第j个飞行禁飞区的半径。考虑到飞行禁飞区约束是时间的函数，将其关于时间的一阶导数扩维到飞行器的运动模型中，通过设定该状态变量的极值，实现在求最优解时完全满足飞行禁飞区的约束。
性能指标
针对高超声速飞行器再入段的快速性、可靠性、超远滑翔性、大机动性等几大特点，依据特定的飞行任务，设计特定的性能指标，实现对飞行器多种飞行性能的深度挖掘，优化出合理可靠的飞行轨迹，通常可以考虑航时、热过载、航程范围、航迹平滑、以及多目标系数加权等最优的目标函数，这里给出示例仿真中用到的目标函数。
纬度跨越最大的目标函数见公式(17)：
达到指定目标点的目标函数见公式(18)：
多区间轨迹优化问题描述
依据再入式高超声速飞行器的动力学模型，在某种性能最优的轨迹优化问题转化为在满足多种约束条件的情况下，定义状态变量x(t)∈Rn，寻找最优的控制变量u(t)∈Rm，使得目标函数J最小。根据最优控制原理，该问题表示成为Bolza型最优控制问题，见公式(19)。
约束条件见公式(20)：
式中动态约束表示为f:Rn×Rm→Rn；路径约束表示为C:Rn×Rm→Rs；边界约束表示为Rn×Rn→Rq。
将上述Bolza型最优控制问题进行多区间划分，用t0＜t1＜…＜tK＝tf的K+1个网点把时间区间[t0,tf]划分为K个子区间，对每个子区间进行时域表换，将t∈[tk-1,tk]变换为τ∈[-1,1]，如式(21)所示。
基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速优化设计及仿真验证相关说明如下：
图4中分别示出了h法修正、p法修正以及hp自适应的配点分布比较示意图。采用上述基于检测点的hp自适应伪谱法，以CLV-L型高超声速滑翔再入飞行器为仿真对象，进行一系列的轨迹优化对比仿真。飞行器基本参数和飞行任务参数见表1：
表1飞行器与飞行任务参数
设定最大容许误差ε＝10-6，状态变量、控制变量、和路径约束条件设置见公式(22)。
轨迹优化设计的软硬件环境为：Windows7操作系统、Matlab R2016a和Intel Corei5-3330处理器、16G内存。
为了优化计算出飞行器的最大横向机动能力，将目标函数设定为公式(17)，得到最终到达点的经纬度信息(16.358°,5.002°)，考虑到存在飞行禁飞区的存在，发现飞行器的优化轨迹1与飞行禁飞区发生重合，不符合飞行任务，轨迹需要重新优化。加入飞行禁飞区约束条件(16)，以最大横向机动的到达点为目标点，并设定目标点为圆心，半径10km的圆为目标到达区，区内都视为飞行终点的可靠区域。而后规划绕开飞行禁飞区的优化轨迹2，采用公式(18)的目标函数，进行轨迹重优化仿真，见图5飞行禁飞区约束下的优化轨迹示意图。
优化轨迹2基本满足了对飞行禁飞区的绕飞任务，计算出的终点(16.332°,5.008°)在目标到达区内，与设定的目标点的相对误差为0.16％。
由于优化轨迹2未加入检测点进行检验，在轨迹与禁飞区的最相邻处，配点间发生的违反约束情况，见图6配点间违反约束示意图。因此，采用基于检测点的hp自适应伪谱法，设定配点间检测点数量为d∈[2,5]，进行轨迹再优化，得到优化轨迹3，纠正了违反约束的情况，见图7检测点满足约束示意图。检测点设置前，优化轨迹的平均计算时间为4.25s，检测点设置后，平均计算时间为4.5s，计算效率较高。
为了验证优化轨迹3的准确性，将优化值利用变步长ODE(78)积分器进行积分验证，得到热流密度、法向过载和动压的实时变化值，见图8热流密度、法向过载和动压变化值，满足约束条件。
其他飞行状态变量的优化值与积分值进行对比，见图9高度、速度优化值与积分值对比图、图10攻角、倾侧角优化值与积分值对比图，可以得到最大相对误差εmax，见表2，最大容许误差如果设定更小，优化值的准确度将更进一步贴近真实值。
表2最大相对误差表
最后为了检验本文算法的鲁棒性，增加基础参数的误差干扰，见表3，在不同情况下进行轨迹再优化，最终的结果见图11四种情况下的终点对比图，终点最大相对误差都小于0.25％，该算法具有良好的鲁棒性。
表3基础参数的误差干扰
本发明实施例提出的基于检测点的hp自适应伪谱法，可以有效解决多重约束的滑翔式高超声速飞行器再入轨迹优化问题，尤其是在考虑飞行禁飞区的条件下，通过检测点自适应设置，避免在配点间发生违反约束的情况。结果表明，本发明实施例提出的方法结合h法与p法修正的优点，具有快速收敛性和计算稀疏性；检测点自适应设置使配点间的约束满足程度提高，增加飞行任务的可靠性；飞行程序角变化率的控制以及多情况下的鲁棒性测试，提高了算法的工程应用价值。
实施例四
参照图12，示出了本发明实施例四中的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置的结构示意图。
本发明实施例的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置包括：确定模块301，用于确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；检测点确定模块302，用于针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；误差确定模块303，用于针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断模块304，用于判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；修正模块305，用于若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。
本发明实施例提供的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置，采用检测点自适应伪谱法，对飞行器再入轨迹进行规划。具体地，在轨迹规划过程中取区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点，可检测相邻配点间飞行禁飞区约束的满足程度，能够保证优化轨迹的安全可靠性；并且对于待修正区间，基于曲率的自适应对其进行修正，可控制飞行程序变化率，具有良好的鲁棒性。
实施例五
参照图13，示出了本发明实施例五中的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置的结构示意图。
本发明实施例的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置包括：确定模块401，用于确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；检测点确定模块402，用于针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；误差确定模块403，用于针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；判断模块404，用于判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；修正模块405，用于若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。
优选地，所述检测点确定模块402通过如下公式确定各区间的检测点：
其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。
优选地，所述修正模块405包括：区间确定子模块，用于若所述判断模块的判断结果为否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；曲率确定子模块，用于针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；比值向量确定子模块，用于针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；判断子模块，用于判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；第一修正子模块，用于若是，则增加所述第二区间的配点数；第二修正子模块，用于若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。
优选地，所述装置还包括：循环模块406，用于在所述第二修正子模块将所述第二区间划分成多个子区间之后，将各子区间作为待检测区间，返回执行所述检测点确定模块。
本发明实施例中的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置用于实现前述方法实施例中相应的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，并且具有相应的方法实施的有益效果，在此不再赘述。
实施例六
参照图14，示出了本发明实施例六的一种用于基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划的电子设备的结构示意图。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行本发明中所述的任意一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。
本发明实施例还提供了一种可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行相应的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。
参照图14，电子设备可以包括以下一个或多个组件：处理组件602，存储器604，电源组件606，多媒体组件608，音频组件610，输入/输出(I/O)的接口612，传感器组件614，以及通信组件616。
处理组件602通常控制电子设备的整体操作，诸如与显示，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理元件602可以包括一个或多个处理器620来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件602可以包括一个或多个模块，便于处理组件602和其他组件之间的交互。例如，处理部件602可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件608和处理组件602之间的交互。
存储器604被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器604可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件606为电子设备的各种组件提供电力。电源组件606可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备600生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件608包括在所述电子设备和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件608包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件610被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件610包括一个麦克风(MIC)，当电子设备处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器604或经由通信组件616发送。在一些实施例中，音频组件610还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口612为处理组件602和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件614包括一个或多个传感器，用于为电子设备600提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件614可以检测到设备600的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备的显示器和小键盘，传感器组件614还可以检测电子设备或电子设备一个组件的位置改变，用户与电子设备接触的存在或不存在，电子设备方位或加速/减速和电子设备的温度变化。传感器组件614可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件614还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件614还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件616被配置为便于电子设备和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信部件616经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信部件616还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，电子设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器604，上述指令可由电子设备的处理器620执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本发明实施例的电子设备用于实现前述多个方法实施例中相应的显示图像的方法，并且具有相应的方法实施的有益效果，在此不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、电子设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理电子设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理电子设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理电子设备以预测方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理电子设备上，使得在计算机或其他可编程电子设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程电子设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者电子设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者电子设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者电子设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法，其特征在于，所述方法包括：
确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；
针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；
针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；
判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；
若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；
针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个区间，通过如下公式确定检测点：
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其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数的步骤，包括：
针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；
针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；
判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；
若是，则增加所述第二区间的配点数；
若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述将所述第二区间划分成多个子区间的步骤之后，所述方法还包括：
将各子区间作为待检测区间，返回执行所述针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点的步骤。
5.一种基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于确定区间个数、区间内配点数以及最大容许误差；
检测点确定模块，用于针对每个区间，取所述区间中相邻配点间等间距分布的点作为检测点；
误差确定模块，用于针对每个区间，确定所述检测点对应的插值解与实际解的最大相对误差；
判断模块，用于判断各区间对应的最大相对误差是否均小于所述最大容许误差；
修正模块，用于若否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；针对每个第二区间，依据检测点处的曲率确定将所述第二区间划分成多个子区间，或者增加所述第二区间的配点数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述检测点确定模块通过如下公式确定各区间的检测点：
<mrow>
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其中，l＝1,…,d(k)k＝1,…,K，是该区间内的第i个配点，为是区间[tk-1,tk]内的等间隔的第l个检测点。，d(k)∈[dmin,dmax]表示为基于不等式约束C≤0的检测点数量。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述修正模块包括：
区间确定子模块，用于若所述判断模块的判断结果为否，则确定最大相对误差大于或等于所述最大容许误差的第二区间；
曲率确定子模块，用于针对每个第二区间，确定所述第二区间中各检测点处的曲率；
比值向量确定子模块，用于针对各检测点，计算所述检测点处的曲率与曲率均值比值向量；
判断子模块，用于判断各检测点对应的比值向量是否均小于预设值；
第一修正子模块，用于若是，则增加所述第二区间的配点数；
第二修正子模块，用于若否，则将所述第二区间划分成多个子区间。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
循环模块，用于在所述第二修正子模块将所述第二区间划分成多个子区间之后，将各子区间作为待检测区间，返回执行所述检测点确定模块。
9.一种电子设备，其特征在于，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求1-4中一个或多个所述的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1-4中一个或多个所述的基于检测点自适应伪谱法的飞行器再入轨迹快速规划方法。
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2017
- 2017-08-25 CN CN201710742018.2A patent/CN107491090A/zh active Pending
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Address after: 710025 3701 unit 2 Tongxin Road, Hong Qing town, Baqiao District, Xi'an, Shaanxi. Applicant after: Rocket Force University of Engineering of PLA Applicant after: The rocket Army Research Institute of the Chinese people's Liberation Army Address before: 710025 3701 unit 2 Tongxin Road, Hong Qing town, Baqiao District, Xi'an, Shaanxi. Applicant before: Rocket Force University of Engineering of PLA Applicant before: PLA rocket Equipment Research Institute |
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