CN114091169A - 一种固体运载火箭运载能力评估方法及装置 - Google Patents

一种固体运载火箭运载能力评估方法及装置 Download PDF

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李晓苏
汪潋
刘克龙
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周鑫
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姜航
刘欣
赵爽
陈辰
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Abstract

本发明公开了一种固体运载火箭运载能力快速评估方法及装置，包括：获取固体运载火箭的不同工况的弹道包络下的运载能力数表；例如进入不同轨道倾角、高度的目标轨道等工况的弹道包络下的运载能力数表；通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。本发明公开的一种固体运载火箭运载能力的评估方法，解决了现有技术中计算流程较为复杂，且需要弹道专业人员完成，运算效率较低技术问题。

Description

一种固体运载火箭运载能力评估方法及装置
技术领域
本发明涉及运载火箭弹道设计技术领域，具体涉及一种固体运载火箭运载能力评估方法及装置。
背景技术
在固体运载火箭弹道设计工作中，需要评估当前火箭对目标轨道的运载能力，以确定火箭发射任务的可行性。对于多级固体运载火箭，例如，三级固体发动机加上一级姿控发动机构成的四级固体运载火箭，前三级采用能量耗尽型的固体推进发动机，末级采用液体或固体发动机，负责修正前三级飞行偏差和提供必要的入轨速度增量。此类火箭一般结构质量相对固定，前三级时序固定，因此运载能力较为稳定。传统的固体火箭运载能力评估方法需要由弹道专业人员进行当前目标轨道的标准弹道设计后，根据事先确定的运载能力计算原则(如末级推进剂安全余量预留等)，计算出火箭在此目标轨道下的运载能力。
此方法可较准确地求得固体运载火箭在此目标轨道下的运载能力，但计算流程较为复杂，且需要弹道专业人员完成，运算效率较低。
发明内容
本申请实施例通过提供一种固体运载火箭运载能力快速评估方法及装置，解决了现有技术中计算流程较为复杂，且需要弹道专业人员完成，运算效率较低的问题，实现了快速、准确地评估固体运载火箭的运载能力。
本发明提供了一种固体运载火箭运载能力的评估方法，包括：
获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；
获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
优选的，所述运载能力数表包括发射点纬度、海拔高度、目标轨道高度和目标轨道倾角。
优选的，所述通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数，包括：
通过所述多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，得到拟合方程，所述拟合方程包括拟合项和目标系数；
若所述目标系数大于第一设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，将不大于所述设定值对应的调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
优选的，若所述目标系数大于第一设定值，所述对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，包括：
若所述拟合方程包括运载能力残差，且所述运载能力残差不大于第二设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行拟合调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数大于所述第一设定值且所述运载能力残差不大于所述第二设定值，将调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
优选的，所述多元线性回归分析包括最小二乘法。
优选的，在得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数之后，所述方法还包括：
根据所述目标固体运载火箭的目标适配器与所述运载能力数表对应的标准适配器，对所述当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，将所述调整运载参数作为所述目标固体运载火箭的最终运载参数。
优选的，所述根据所述目标固体运载火箭的目标适配器与所述运载能力数表对应的标准适配器，对所述当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，包括：
获取所述目标适配器与所述标准适配器的质量差值；
根据所述质量差值对所述当前运载参数进行调整，得到所述调整运载参数。
优选的，所述根据所述质量差值对所述当前运载参数进行调整，得到所述调整运载参数，包括：
若所述质量差值为正数，则将所述当前运载参数中减去相应的第三设定值，其中，所述第三设定值根据所述质量差值确定；
若所述质量差值为负数，则将所述当前运载参数中增加相应的第四设定值，其中，所述第四设定值根据所述质量差值确定。
本发明还提供了一种固体运载火箭运载能力的评估装置，包括：
数据获取单元，用于获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
函数创建单元，用于通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；
运载参数获取单元，用于获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
优选的，所述函数创建单元，用于通过所述多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，得到拟合方程，所述拟合方程包括拟合项和目标系数；若所述目标系数大于第一设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，将不大于所述设定值对应的调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
本申请实施例中提供的一种固体运载火箭运载能力评估的方法及装置，至少具有如下技术效果或优点：
由于通过获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表，通过对运载能力数表进行多元线性回归分析并建立拟合方程，通过对拟合方程进行调整确定拟合函数，获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数；如此，通过运载能力数表建立拟合函数之后，可以直接将当前发射数据输入到拟合函数中，即可得到当前运行参数，而无需专业人员根据计算原则计算得到，而是直接利用机器自动进行计算，其计算效率得到了显著提高，从而实现了运算流程简便，不需要弹道专业人员进行计算，运算效率得到了提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的固体运载火箭运载能力的评估方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的对拟合方程调整的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的对拟合方程中的拟合项调整的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的固体运载火箭运载能力的评估装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种固体运载火箭运载能力的评估方法，解决了现有技术中计算流程较为复杂，且需要弹道专业人员完成，运算效率较低技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种固体运载火箭运载能力的评估方法，包括：
获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；
获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
本发明结合上述方案，通过运载能力数表建立拟合函数之后，可以直接将当前发射数据输入到拟合函数中，即可得到当前运载参数，而无需专业人员根据计算原则计算得到，而是直接利用机器自动进行计算，其计算效率得到了显著提高，从而实现了运算流程简便，不需要弹道专业人员进行计算，运算效率得到了提高；而且拟合函数是通过固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表进行多元线性回归分析得到的，使得拟合函数与固体运载火箭的匹配度更高，从而使得通过拟合函数计算出的当前运载参数的准确度更高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种固体运载火箭运载能力的评估方法，所述方法包括
S101：获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
具体来讲，可以在预先存储运载能力数表的数据库中读取运载能力数表，以获取运载能力数表。
具体地，固体运载火箭的工况例如包括进入不同轨道倾角、高度的目标轨道等中的一种或多种，如此，运载能力数表中的数据包括固体运载火箭在每种工况下的数据。当然，运载能力数表中的数据还可以包括固体运载火箭在部分工况下的数据。
本说明书实施例中，运载能力数表中的数据包括发射点纬度fsdB、海拔高度fsdH、目标轨道高度TargetH和目标轨道倾角TargetIncl等数据。
S102：通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数。
具体来说，通过获取对运载能力数表数据库中的运载参数，运用最小二乘法进行多元线性回归分析，根据多元线性回归分析所建立的拟合方程，对拟合方程进行调整后确定拟合函数。
本实施例中，对运载能力数表进行多元线性回归分析的方法采用最小二乘法也可以是聚类算法和退火算法等算法。
具体来讲，对以下运载能力数表项作多元线性回归分析：
运载能力数表包括发射点纬度fsdB、海拔高度fsdH、目标轨道高度TargetH、目标轨道倾角TargetIncl，运载能力数表的数据预先存储在运载能力数据库中可以在预先存储运载能力数表的数据库中读取运载能力数表，以获取运载能力数表。
具体地，根据运载能力数表建立的拟合函数，具体如下公式1：
MassYZ＝b0+b1·fsdB+b2·fsdH+b3·TargetH+b4·TargetIncl+b5·fsdH2+b6·TargetH2+b7·TargetIncl2+b8·fsdH·TargetIncl+b9·fsdH·TargetH+b10·TargetH·TargetIncl+b11·TargetH3+b12·TargetIncl3+b13·TargetH2·TargetIncl+b14·fsdH·TargetH2 公式1
其中，bi，i＝0～14为拟合的各项系数，MassYZ为运载能力。
本说明书另一实施例中，在对拟合方程进行调整后确定拟合函数时，还可以对拟合方程的拟合项进行调整，在拟合方程包括多个元素时，对拟合项进行调整的方式包括删除n阶项元素和增加数表以外的自变量等方式。其中，增加数表以外的自变量方法可以包括火箭飞行攻角、侧滑角，各级发动机比冲、装药量等自变量，且n为不小于2的整数。
例如，以上述公式1，且n＝2为例，首先可以从公式1中查找到所有n阶项元素，包括b1·fsdB、b2·fsdH、b3·TargetH、b4·TargetIncl、b5·fsdH2、b6·TargetH2、b7·TargetIncl2、b8·fsdH·TargetIncl、b9·fsdH·TargetH、b10·TargetH·TargetIncl、b13·TargetH2·TargetIncl和b14·fsdH·TargetH2，如此，依次针对上述每项元素，删除该元素，观察多元线性回归确定系数R2的数值变化，若该数值变化高于设定值，此时表征该元素为拟合必须项，则保留该元素；若该数值变化高于设定值，则删除该元素；如此，针对每项元素执行上述操作，根据保留下的每项元素，确定出的拟合方程作为拟合函数。当然，若n阶无法满足精度要求时，则令n＝n+1，直至到满足精确要求的拟合方程作为拟合函数。
本说明书实施例中，设定值可以根据实际情况进行设定，也可以由人工或设备自行设定，设定值例如可以是10％和20％等。
如此，能够在减少拟合函数中的元素的基础上确保了拟合函数的计算精度，从而能够实现在确定精度的基础上有效降低计算量，提高了技术效率。
本说明书实施例中，如图2所示，对拟合方程的调整如下：
首先执行步骤S201、使用最小二乘法确定拟合函数，使用最小二乘法对运载能力数表进行分析，得到拟合函数；在得到拟合函数之后，执行步骤S202，从拟合函数中确定目标系数R2和运载能力残差，再执行下一步步骤S203，对目标系数和运载能力残差做出判断，根据判断进行调整，若目标系数R2不大于第一设定值，即R2不大于0.9999或0.98等，则进行步骤S206拟合调整，具体拟合调整包括删除n阶项元素和增加运载能力数表以外的自变量，若目标系数R2大于0.9999则执行步骤204进行下一步判定，若运载能力残差大于第二设定值即运载能力残差大于1kg或1.2kg等，则执行步骤S206拟合调整，具体拟合调整如前所述，步骤S206拟合调整后，再次进行步骤S203和步骤S204对目标系数和运载能力残差的判断，若目标系数不大于第一设定值运载能力残差不大于第二设定值，则执行步骤S205、确定拟合函数，即将此时调整后的拟合方程作为拟合函数。
具体地，如图3所示，步骤S301对所述拟合方程中的拟合项进行拟合调整,包括：步骤S302增加运载能力数表以外的自变量和步骤S303列出所有自变量低于n阶项组合，以及步骤S304、逐步删除其中的元素，观察R2数值变化，例如可以是列出所有自变量低于n阶项的组合，逐步删除其中的元素，由于本实施例当前为三阶函数，则只需要逐步观察R2的变化；步骤S305、R2数值显著降低，判断R2是否高于设定值，若高于设定值，则表征R2显著降低了，否则，则表征R2未显著降低；若R2显著降低了，则执行步骤S306、该元素为必须拟合项，即该R2对应的元素为必须拟合项，禁止删除；若R2显未显著降低了，则依次执行步骤S304和S305；在步骤S306之后，执行步骤S307，最终确定运载能力参数，在针对每项元素进行步骤S304-S306处理之后，获取所有保留的必须拟合项，根据所有保留的必须拟合项对应的拟合方程作为拟合函数。
S103：获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
具体地，可以将获取的当前发射数据输入到拟合函数中，将拟合函数计算出的值作为当前运载参数。当然，还可以将拟合函数计算出的值与相应权重的乘积作为当前运载参数，本说明书不作具体限制。
本说明书另一实施例中，在得到当前运载参数之后，还可以根据目标固体运载火箭的目标适配器与运载能力数表对应的标准适配器，对当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，将调整运载参数作为目标固体运载火箭的最终运载参数。
具体来讲，根据所述目标固体运载火箭的目标适配器与所述运载能力数表对应的标准适配器，对所述当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，将所述调整运载参数作为所述目标固体运载火箭的最终运载参数。例如，标准适配器的质量有80kg，标准运载能力为90kg；目标适配器的质量实际为90kg,目标火箭的最终运载能力相对应的减少为80kg。
具体地，还可以获取目标适配器与标准适配器的质量差值；根据质量差值对当前运载参数进行调整，得到调整运载参数。其中，若质量差值为正数，则将当前运载参数中减去相应的第三设定值，得到调整运载参数，其中，第三设定值根据质量差值确定；若质量差值为负数，则将当前运载参数中增加相应的第四设定值，得到调整运载参数，其中，第四设定值根据质量差值确定。
具体地，在质量差值为正数时，第三设定值可以不小于质量差值，第三设定值例如可以等于质量差值或大于质量差值；在质量差值为负数时，第四设定值可以不大于质量差值，第四设定值例如可以等于质量差值或小于质量差值。
例如，在质量差值为正数时，若目标适配器与标准适配器的质量差值为+3kg，此时，第三设定值为4kg时，则将当前运载参数中减去4kg的值作为最终运载参数；在质量差值为负数时，若目标适配器与标准适配器的质量差值为-5kg，此时，第四设定值为4kg时，则将当前运载参数中增加3kg的值作为最终运载参数。以确保调整后的最终运载参数控制在固体运载火箭的最大运载重量范围内，避免出现最终运载参数大于最大运载范围的情况出现的情况。
本申请实施例中提供的一种固体运载火箭运载能力评估的方法及装置，至少具有如下技术效果或优点：
由于通过获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表，通过对运载能力数表进行多元线性回归分析并建立拟合方程，通过对拟合方程进行调整确定拟合函数，获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数；如此，通过运载能力数表建立拟合函数之后，可以直接将当前发射数据输入到拟合函数中，即可得到当前运行参数，而无需专业人员根据计算原则计算得到，而是直接利用机器自动进行计算，其计算效率得到了显著提高，从而实现了运算流程简便，不需要弹道专业人员进行计算，运算效率得到了提高。
本说明书另一实施例中，针对一种固体运载火箭运载能力的评估装置进行详细叙述。
具体来说，如图4所示，一种固体运载火箭运载能力的评估装置包括：
数据获取单元401，用于获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
函数创建单元402，用于通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；
运载参数获取单元403，用于获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
在一种可选的实施方式中，所述运载能力数表包括发射点纬度、海拔高度、目标轨道高度和目标轨道倾角。
在一种可选的实施方式中，函数创建单元402，用于通过所述多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，得到拟合方程，所述拟合方程包括拟合项和目标系数；若所述目标系数大于第一设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，将不大于所述设定值对应的调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
在一种可选的实施方式中，函数创建单元402，用于若所述拟合方程包括运载能力残差，且所述运载能力残差不大于第二设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行拟合调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值且所述运载能力残差不大于所述第二设定值，将调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
在一种可选的实施方式中，所述多元线性回归分析包括最小二乘法。
在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：
运载参数调整单元，用于在得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数之后，根据所述目标固体运载火箭的目标适配器与所述运载能力数表对应的标准适配器，对所述当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，将所述调整运载参数作为所述目标固体运载火箭的最终运载参数。
在一种可选的实施方式中，所述运载参数调整单元，用于获取所述目标适配器与所述标准适配器的质量差值；根据所述质量差值对所述当前运载参数进行调整，得到所述调整运载参数。
在一种可选的实施方式中，所述运载参数调整单元，用于若所述质量差值为正数，则将所述当前运载参数中减去相应的第三设定值，得到所述调整运载参数，其中，所述第三设定值根据所述质量差值确定；若所述质量差值为负数，则将所述当前运载参数中增加相应的第四设定值，得到所述调整运载参数，其中，所述第四设定值根据所述质量差值确定。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作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范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种固体运载火箭运载能力的评估方法，其特征在于，包括：
获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；
获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述运载能力数表包括发射点纬度、海拔高度、目标轨道高度和目标轨道倾角。
3.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数，包括：
通过所述多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，得到拟合方程，所述拟合方程包括拟合项和目标系数；
若所述目标系数大于第一设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，将不大于所述设定值对应的调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
4.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，若所述目标系数大于第一设定值，所述对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，包括：
若所述拟合方程包括运载能力残差，且所述运载能力残差不大于第二设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行拟合调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值且所述运载能力残差不大于所述第二设定值，将调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
5.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述多元线性回归分析包括最小二乘法。
6.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，在得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数之后，所述方法还包括：
根据所述目标固体运载火箭的目标适配器与所述运载能力数表对应的标准适配器，对所述当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，将所述调整运载参数作为所述目标固体运载火箭的最终运载参数。
7.如权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述根据所述目标固体运载火箭的目标适配器与所述运载能力数表对应的标准适配器，对所述当前运载参数进行调整，得到调整运载参数，包括：
获取所述目标适配器与所述标准适配器的质量差值；
根据所述质量差值对所述当前运载参数进行调整，得到所述调整运载参数。
8.如权利要求7所述的评估方法，其特征在于，所述根据所述质量差值对所述当前运载参数进行调整，得到所述调整运载参数，包括：
若所述质量差值为正数，则将所述当前运载参数中减去相应的第三设定值，得到所述调整运载参数，其中，所述第三设定值根据所述质量差值确定；
若所述质量差值为负数，则将所述当前运载参数中增加相应的第四设定值，得到所述调整运载参数，其中，所述第四设定值根据所述质量差值确定。
9.一种固体运载火箭运载能力的评估装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取固体运载火箭的工况的弹道包络下的运载能力数表；
函数创建单元，用于通过多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，建立拟合函数；
运载参数获取单元，用于获取所述目标固体运载火箭的当前发射数据，并将所述当前发射数据输入到所述拟合函数中，得到所述目标固体运载火箭的当前运载参数。
10.如权利要求9所述的评估装置，其特征在于，所述函数创建单元，用于通过所述多元线性回归分析对所述运载能力数表进行分析，得到拟合方程，所述拟合方程包括拟合项和目标系数；若所述目标系数大于第一设定值，则对所述拟合方程中的拟合项进行调整，直至调整后的所述拟合方程中的目标系数不大于所述第一设定值，将不大于所述设定值对应的调整后的所述拟合方程作为所述拟合函数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115618657A (zh) * 2022-12-16 2023-01-17 中国人民解放军63921部队 一种中低轨航天器部署任务模式优化设计方法
CN116029587A (zh) * 2022-12-13 2023-04-28 中国人民解放军63921部队 一种火箭运载能力的量化表征方法

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