基于组合优化算法的临近空间飞行器轨迹优化

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1、第33卷第2期宇航学报Vo1．33No．22012年2月JournalofAstronauticsFebruary2012基于组合优化算法的临近空间飞行器轨迹优化晁涛，王松艳，杨明，王子才(哈尔滨工业大学控制与仿真中心，哈尔滨150080)摘要：提出一种临近空间飞行器轨迹优化方法，利用基于支持向量机与遗传算法的组合优化算法，解决多约束条件下的高效轨迹优化问题。首先，建立临近空间飞行器轨迹优化数学模型。然后，通过参数化方法和惩罚函数法将轨迹优化问题转化为约束参数优化问题。在此基础上，提出一种求解无约束参数优化问题的组合优化算法，通过支持向量机对遗传过程中产生的种群进行分类，提高基本遗传算法的计算

2、效率，结合轨迹优化数学模型，给出轨迹优化算法。最后，以临近空间飞行器航程最远轨迹优化问题为例，进行数学仿真分析。仿真结果表明，针对给定的算例，文中提出的方法与基于基本遗传算法的轨迹优化方法相比，计算效率显著提高。关键词：临近空问飞行器；轨迹优化；支持向量机；遗传算法中图分类号：V412．1文献标识码：A文章编号：1000—1328(2012)02-0183·07DoI：10．3873／j．issn．1000—1328．2012．02．006NearSpaceVehicleTrajectoryOptimizationApproachBasedonHybridSVMandGAAlgorithmCH

3、AOTao，WANGSong—yan，YANGMing，WANGZi—cai(Control＆SimulationCenter，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)Abstract：Ahi【gheficienthybridalgorithmbasedonsupportvectormachine(SVM)andgeneticalgorithm(GA)isproposedfornearspacevehicletrajectoryoptimizationwithmultipleconstraints．Themathematicalmodelf

4、ortrajectoryoptimizationisderivedandthetrajectoryoptimizationproblemisconvertedintoaparameteroptimizationproblemthroughparameterizationandpenaltyfunctionapproach．Theparameteroptimizationproblemissolvedbyahybridtrajectoryoptimizationalgorithm，inwhichSVMisusedtoclassifychromosomesgeneratedduringGAoper

5、ationinordertoeliminateunfittedchromosomesandaccelerateoptimizationspeedAnexampleusedfordownrangeoptimizationintheproposedalgorithmispresented，andsimulationresultsshowthattheproposedapproachismoreeficientthantheapproachbasedonbasicGA．Keywords：Nearspacevehicle；Trajectoryoptimization；Supportvectormach

6、ine；Geneticalgorithm方法研究的重要内容，也是研究难点。首先，临近空0引言间飞行器的飞行轨迹需要满足多种约束条件。例临近空间飞行器通常指一类在临近空间(一般如，轨迹终端速度与高度应满足一定的精度要求，飞指20km一100kin高度的空间)飞行，执行信息搜集、行过程中作用在飞行器上的热流、动压与过载不能载荷投放等任务的飞行器，包括无动力滑翔飞行器、超过限定值。其次，轨迹优化的指标多种多样。例高超声速飞行器与高空飞艇等J。本文主要研究如，航程最远、航程最近、总加热量最小等都可作为一类在临近空间无动力远距离高超声速滑翔的飞行优化指标。最后，轨迹优化方法的计算效率应满足器，以下简称临

7、近空间飞行器。工程应用的需要。临近空间飞行器轨迹优化是其轨迹设计与制导目前，临近空间飞行器轨迹优化问题的解法主收稿日期：2011-09—13；修回日期：2011—10．12基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金(61021002)184宇航学报第33卷要是结合不同的优化指标要求建立轨迹优化数学模运动、约束条件以及优化指标的数学模型，得到轨迹型，将其转化为最优控制问题，再通过直接法或间接优化