基于能量分配的弹道规划方法、装置和电子设备

本发明涉及制导控制的，尤其是涉及一种基于能量分配的弹道规划方法、装置和电子设备。

背景技术：

1、拦截弹是指对目标进行拦截的导弹，其主动段(是指拦截弹的主发动机工作的阶段)机动加速度的建立需要依靠攻角和侧滑角，使得推力在垂直于速度的方向产生分量。但与此同时，推力在速度方向上的分量会相应减小，导致加速性能受限，影响主动段关机点(即发动机燃尽后分离的点，如三级拦截弹中，拦截弹的第一级发动机先工作，该发动机燃尽后，第一级发动机与另外两级分离，该分离的点即为一级关机点，如此，对应有三级关机点)的速度和能量。为了减小拦截弹能量的浪费，一种巧妙的方法是计算预测命中点，并让拦截弹导引至预测命中点，而不是以当前目标进行导引。由于预测命中点的变化范围要远小于目标的机动覆盖范围，因此可以避免拦截弹在主动段进行大过载机动，进而提高拦截弹主动段关机点速度和能量，从而减小拦截弹能量的浪费。

2、受目标机动和各种误差因素的影响，预测命中点的位置并不是固定不变的，为了保证成功拦截目标，需要在拦截弹飞行过程中更新预测命中点。与此同时，当拦截弹主动段关机点能量与目标相近，甚至小于目标能量时，拦截弹主动段弹道规划的效果将直接决定拦截目标的成败。目前针对于大气层外惯性目标设计的拦截弹主动段弹道规划方法并不完全适用于拦截大机动目标的场景。综上，还需要针对拦截大机动目标的场景设计性能更优的拦截弹主动段弹道规划方法。

3、综上，针对拦截大机动目标的拦截弹的主动段如何进行合理的弹道规划以提高拦截效果成为目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于能量分配的弹道规划方法、装置和电子设备，以缓解现有技术针对拦截大机动目标的拦截弹的主动段无法进行合理的弹道规划的技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于能量分配的弹道规划方法，包括：

3、基于期望状态优化模型确定每一主动段关机点高度下每一拦截弹主动段关机点速度与拦截弹各级关机点期望状态之间的对应关系的数据库；

4、在每一主动段关机点高度下，基于各所述拦截弹主动段关机点速度确定期望关机点速度，并在所述数据库中确定与所述期望关机点速度对应的目标拦截弹各级关机点期望状态，进而对所述目标拦截弹各级关机点期望状态和对应的主动段关机点高度进行数值仿真，得到拦截弹能量最优射表和拦截弹能量保留射表；

5、获取目标预报弹道数据，并基于所述目标预报弹道数据采用所述拦截弹能量保留射表解算拦截窗口，进而基于在拦截窗口中选择的离线期望拦截时刻、所述目标预报弹道数据和所述拦截弹能量保留射表进行拦截弹的离线弹道规划，得到离线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面；

6、当拦截弹发射后，根据实时接收的目标当前时刻实际位置和所述目标预报弹道数据中目标当前时刻预报位置确定是否需要重新进行目标弹道预报和拦截弹道的在线弹道规划；

7、若需要，则获取新目标预报弹道数据，并基于所述新目标预报弹道数据采用所述拦截弹能量最优射表确定在线期望拦截时刻，进而基于所述在线期望拦截时刻、所述新目标预报弹道数据和所述拦截弹能量最优射表进行拦截弹的在线弹道规划，得到在线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面。

8、进一步的，基于期望状态优化模型确定每一主动段关机点高度下每一拦截弹主动段关机点速度与拦截弹各级关机点期望状态之间的对应关系的数据库，包括：

9、建立拦截弹主动段飞行动力学模型，并根据垂直发射的特征对所述拦截弹主动段飞行动力学模型进行简化，得到二维简化飞行动力学模型；

10、获取二维广义标控脱靶量弹道规划方法，并基于所述二维广义标控脱靶量弹道规划方法和所述二维简化飞行动力学模型确定拦截弹各级关机点状态；

11、根据所述拦截弹各级关机点状态建立拦截弹主动段关机点速度与拦截弹各级关机点期望状态之间的期望状态优化模型；

12、针对每一主动段关机点高度确定拦截弹主动段关机点速度最大值、所述拦截弹主动段关机点速度最大值对应的拦截弹各级关机点期望状态、拦截弹主动段关机点速度最小值和所述和拦截弹主动段关机点速度最小值对应的拦截弹各级关机点期望状态，进而得到每一主动段关机点高度下，拦截弹各级关机点期望状态变化范围；

13、根据所述拦截弹各级关机点期望状态变化范围插值得到拦截弹各级关机点期望状态，并根据所述期望状态优化模型确定所述拦截弹各级关机点期望状态对应的拦截弹主动段关机点速度，进而得到每一主动段关机点高度下每一拦截弹主动段关机点速度与拦截弹各级关机点期望状态之间的对应关系的数据库。

14、进一步的，基于各所述拦截弹主动段关机点速度确定期望关机点速度，并在所述数据库中确定与所述期望关机点速度对应的目标拦截弹各级关机点期望状态，进而对所述目标拦截弹各级关机点期望状态和对应的主动段关机点高度进行数值仿真，包括：

15、在每一主动段关机点高度下，根据各所述拦截弹主动段关机点速度中的拦截弹主动段关机点速度最大值、拦截弹主动段关机点速度最小值和预设的关机点速度保留比例确定所述期望关机点速度；

16、在各所述拦截弹主动段关机点速度中确定与所述期望关机点速度偏差最小的目标拦截弹主动段关机点速度；

17、在所述数据库中确定与所述目标拦截弹主动段关机点速度对应的目标拦截弹各级关机点期望状态；

18、在每一主动段关机点高度下，将所述目标拦截弹各级关机点期望状态代入二维广义标控脱靶量弹道规划方法，得到随时间变化的标控攻角剖面；

19、将所述随时间变化的标控攻角剖面代入拦截弹主动段飞行动力学模型，得到拦截弹主动段飞行弹道，进而得到所述拦截弹能量最优射表和所述拦截弹能量保留射表，其中，所述拦截弹能量最优射表和所述拦截弹能量保留射表为不同所述期望关机点速度对应的拦截弹能量射表，且所述拦截弹能量最优射表和所述拦截弹能量保留射表中均包括：飞行时间、高度、射程和所述目标拦截弹各级关机点期望状态之间的对应关系。

20、进一步的，基于所述目标预报弹道数据采用所述拦截弹能量保留射表解算拦截窗口，包括：

21、设置拦截窗口搜索范围，并在所述拦截窗口搜索范围中等间隔选取拦截时间；

22、根据所述拦截时间和所述目标预报弹道数据确定所述拦截时间对应的目标拦截位置；

23、根据所述目标拦截位置和拦截弹发射阵地的位置计算拦截弹在所述拦截时间拦截中目标时，拦截弹的第一射程和第一高度；

24、根据所述第一射程和所述第一高度在所述拦截弹能量保留射表中确定所述拦截弹飞到所述目标拦截位置的第一飞行时间；

25、根据所述第一飞行时间、所述拦截时间和当前时刻确定目标可行拦截时间，进而得到由目标可行拦截时间组成的拦截窗口。

26、进一步的，基于在拦截窗口中选择的离线期望拦截时刻、所述目标预报弹道数据和所述拦截弹能量保留射表进行拦截弹的离线弹道规划，得到离线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面，包括：

27、在所述拦截窗口中选择离线期望拦截时刻；

28、根据所述离线期望拦截时刻和所述目标预报弹道数据确定所述离线期望拦截时刻对应的离线预测命中点，并基于所述离线预测命中点确定离线拦截弹射向；

29、根据所述离线预测命中点和拦截弹发射阵地的位置计算拦截弹在所述离线期望拦截时刻拦截中目标时，拦截弹的第二射程和第二高度；

30、根据所述第二射程和所述第二高度在所述拦截弹能量保留射表中确定所述拦截弹飞到所述离线预测命中点的离线飞行时间和对应的离线目标拦截弹各级关机点期望状态；

31、根据所述离线目标拦截弹各级关机点期望状态和所述离线拦截弹射向使用解析规划的方法得到所述离线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面，进而完成所述拦截弹的离线弹道规划。

32、进一步的，基于所述新目标预报弹道数据采用所述拦截弹能量最优射表确定在线期望拦截时刻，包括：

33、获取拦截弹实际发射时刻和上一次弹道规划中得到的上一次期望拦截时刻；

34、根据所述上一次期望拦截时刻和所述新目标预报弹道数据确定所述上一次期望拦截时刻对应的目标位置；

35、根据所述目标位置和拦截弹发射阵地的位置计算拦截弹在所述上一次期望拦截时刻拦截中目标时，拦截弹的第三射程和第三高度；

36、根据所述第三射程和所述第三高度在所述拦截弹能量最优射表中确定所述拦截弹飞到所述目标位置的第二飞行时间；

37、根据所述第二飞行时间、所述拦截弹实际发射时刻和所述上一次期望拦截时刻之间的关系对所述上一次期望拦截时刻进行调整，并将调整后的上一次期望拦截时刻作为所述上一次期望拦截时刻，返回执行根据所述上一次期望拦截时刻和所述新目标预报弹道数据确定所述上一次期望拦截时刻对应的目标位置的步骤，直至相邻两次得到的上一次期望拦截时刻满足预设条件为止；

38、在所述相邻两次得到的上一次期望拦截时刻中确定所述在线期望拦截时刻。

39、进一步的，基于所述在线期望拦截时刻、所述新目标预报弹道数据和所述拦截弹能量最优射表进行拦截弹的在线弹道规划，得到在线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面，包括：

40、根据所述在线期望拦截时刻和所述新目标预报弹道数据确定所述在线期望拦截时刻对应的在线预测命中点，并基于所述在线预测命中点确定拦截弹期望航向角；

41、根据所述在线预测命中点和拦截弹发射阵地的位置计算拦截弹在所述在线期望拦截时刻拦截中目标时，拦截弹的第四射程和第四高度；

42、根据所述第四射程和所述第四高度在所述拦截弹能量最优射表中确定所述拦截弹飞到所述在线预测命中点的在线飞行时间和对应的在线目标拦截弹各级关机点期望状态；

43、根据所述在线目标拦截弹各级关机点期望状态和所述拦截弹期望航向角使用解析规划的方法得到所述在线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面，进而完成所述拦截弹的在线弹道规划。

44、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于能量分配的弹道规划装置，包括：

45、第一确定单元，用于基于期望状态优化模型确定每一主动段关机点高度下每一拦截弹主动段关机点速度与拦截弹各级关机点期望状态之间的对应关系的数据库；

46、第二确定单元，用于在每一主动段关机点高度下，基于各所述拦截弹主动段关机点速度确定期望关机点速度，并在所述数据库中确定与所述期望关机点速度对应的目标拦截弹各级关机点期望状态，进而对所述目标拦截弹各级关机点期望状态和对应的主动段关机点高度进行数值仿真，得到拦截弹能量最优射表和拦截弹能量保留射表；

47、离线弹道规划单元，用于获取目标预报弹道数据，并基于所述目标预报弹道数据采用所述拦截弹能量保留射表解算拦截窗口，进而基于在拦截窗口中选择的离线期望拦截时刻、所述目标预报弹道数据和所述拦截弹能量保留射表进行拦截弹的离线弹道规划，得到离线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面；

48、第三确定单元，用于当拦截弹发射后，根据实时接收的目标当前时刻实际位置和所述目标预报弹道数据中目标当前时刻预报位置确定是否需要重新进行目标弹道预报和拦截弹道的在线弹道规划；

49、在线弹道规划单元，用于若需要，则获取新目标预报弹道数据，并基于所述新目标预报弹道数据采用所述拦截弹能量最优射表确定在线期望拦截时刻，进而基于所述在线期望拦截时刻、所述新目标预报弹道数据和所述拦截弹能量最优射表进行拦截弹的在线弹道规划，得到在线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面。

50、第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面任一项所述的计算方法的步骤。

51、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述第一方面任一项所述的方法。

52、在本发明实施例中，提供了一种基于能量分配的弹道规划方法，包括：基于期望状态优化模型确定每一主动段关机点高度下每一拦截弹主动段关机点速度与拦截弹各级关机点期望状态之间的对应关系的数据库；在每一主动段关机点高度下，基于各拦截弹主动段关机点速度确定期望关机点速度，并在数据库中确定与期望关机点速度对应的目标拦截弹各级关机点期望状态，进而对目标拦截弹各级关机点期望状态和对应的主动段关机点高度进行数值仿真，得到拦截弹能量最优射表和拦截弹能量保留射表；获取目标预报弹道数据，并基于目标预报弹道数据采用拦截弹能量保留射表解算拦截窗口，进而基于在拦截窗口中选择的离线期望拦截时刻、目标预报弹道数据和拦截弹能量保留射表进行拦截弹的离线弹道规划，得到离线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面；当拦截弹发射后，根据实时接收的目标当前时刻实际位置和目标预报弹道数据中目标当前时刻预报位置确定是否需要重新进行目标弹道预报和拦截弹道的在线弹道规划；若需要，则获取新目标预报弹道数据，并基于新目标预报弹道数据采用拦截弹能量最优射表确定在线期望拦截时刻，进而基于在线期望拦截时刻、新目标预报弹道数据和拦截弹能量最优射表进行拦截弹的在线弹道规划，得到在线各级标控攻角剖面和标控侧滑角剖面。通过上述描述可知，本发明的弹道规划方法中，在离线弹道规划阶段，是基于拦截弹能量保留射表实现的拦截弹离线弹道规划，以使拦截弹保留一些能量应对后续目标的未知大机动；当拦截弹发射后，会实时进行是否需要重新进行目标弹道预报和拦截弹道的在线弹道规划的判断，当需要时，在在线弹道规划阶段，再基于拦截弹能量最优射表实现拦截弹的在线弹道规划，以实现对大机动目标的准确拦截，即能对拦截大机动目标的拦截弹的主动段进行合理的弹道规划，在减少拦截弹能量浪费的基础上实现对大机动目标的准确拦截，缓解了现有技术针对拦截大机动目标的拦截弹的主动段无法进行合理弹道规划的技术问题。