本书系统深入地论述机载主动防御中的多约束制导与优化原理、模型、理论及仿真验证。全书共7章，首先概述飞机主动防御技术的新进展，引出基于防御弹的主动防御技术路线中的关键技术，即防御弹的气动外形高效优化技术和多约束制导技术；建立基于数据驱动的高效气动优化框架，设计机器学习技术在气动优化领域的运用方法；建立基于计算几何的多约束轨迹规划模型，研究多约束飞行条件与参数化轨迹的映射机理。针对传统气动优化方法难以兼顾计算效率和全局寻优性能的问题，提出基于深度强化学习和迁移学习的气动优化方法，并通过仿真验证相关技术；针对传统制导律难以拦截高速高机动来袭弹的问题，提出基于可达集分析的协同拦截制导方法，并通过仿真验证相关技术。本书突出前沿学科交叉和工程应用背景，力求使广大读者快速掌握和应用机载主动防御中的制导与优化理论、方法和技术。
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中国人工智能学会智能决策专委会青年委员、中国航空学会会员。
目录
“飞行控制前沿技术丛书”序
前言
第1章 机载导弹防御中的气动优化与制导问题综述 1
1.1 研究背景 1
1.2 发展历程 2
1.3 需求分析 6
1.4 飞行器气动外形优化方法研究现状 8
1.5 高速高机动目标拦截制导方法研究现状 11
1.5.1 带终端角度和飞行时间约束的制导律研究现状 11
1.5.2 高机动目标的拦截制导研究现状 14
1.6 本书主要研究内容与结构安排 15
1.6.1 主要研究内容 15
1.6.2 结构安排 17
参考文献 18
第2章 基于遗传算法和数据挖掘的气动外形优化 25
2.1 概述 25
2.2 预备知识 26
2.2.1 气动估算软件Datcom 27
2.2.2 聚类分析 29
2.2.3 决策树 31
2.2.4 帕累托相关概念 33
2.2.5 遗传算法 35
2.3 导弹气动外形参数设计 36
2.4 数据挖掘与知识提取 38
2.4.1 样本数据生成 38
2.4.2 聚类分析 40
2.4.3 决策树与Pareto分析 42
2.5 基于知识转移的改进遗传算法 42
2.5.1 知识实现 42
2.5.2 改进的进化框架 43
2.6 仿真结果与分析 45
2.6.1 实验设置 45
2.6.2 仿真结果 47
2.7 小结 49
参考文献 51
第3章 基于强化学习和迁移学习的气动外形优化 54
3.1 概述 54
3.2 导弹气动外形优化 55
3.2.1 导弹的气动外形 55
3.2.2 强化学习与迁移学习 57
3.2.3 气动设计优化方法 59
3.3 问题陈述 61
3.4 优化架构设计 64
3.5 强化学习与知识提取 66
3.6 基于强化学习和迁移学习的优化方法 67
3.6.1 训练方法 67
3.6.2 通过迁移学习加速优化 69
3.7 仿真结果与分析 72
3.7.1 数值实验 72
3.7.2 结果和讨论 74
3.8 小结 79
参考文献 80
第4章 时变速度下的多约束中制导编队 83
4.1 概述 83
4.2 二维中制导问题构造 84
4.3 多约束轨迹设计 87
4.3.1 轨迹生成 87
4.3.2 轨迹曲率分析 90
4.3.3 到达时间分析 93
4.4 制导律设计 95
4.5 多场景运用方法 98
4.5.1 单枚导弹制导 98
4.5.2 同一地点顺序发射的多弹协同制导 98
4.5.3 不同地点同时发射的导弹协同制导 99
4.6 仿真结果与分析 100
4.6.1 仿真参数设定 100
4.6.2 案例1:定常速度下的单枚导弹制导 101
4.6.3 案例2:非定常速度下的单枚导弹制导 102
4.6.4 案例3:非定常速度下的多弹协同编队 104
4.7 小结 106
参考文献 106
第5章 基于计算几何的多约束中制导编队 109
5.1 概述 109
5.2 预备知识 111
5.2.1 Frenet 标架 111
5.2.2 优美对数空间曲线 111
5.3 攻击时间与攻击角度约束分析 113
5.4 轨迹生成及制导律设计 114
5.4.1 轨迹设计需求分析 114
5.4.2 轨迹生成 115
5.4.3 轨迹曲率分析 119
5.4.4 到达时间分析 120
5.4.5 制导律设计 122
5.5 仿真结果与分析 124
5.5.1 单枚导弹制导飞行 124
5.5.2 同一地点顺序发射的多弹协同 124
5.5.3 不同地点同时发射的多弹协同 125
5.5.4 仿真实验和结果分析 126
5.6 小结 131
参考文献 131
第6章 拦截高速高机动目标的未制导协同策略 133
6.1 概述 133
6.2 可达集分析 137
6.2.1 多对一拦截问题构造 137
6.2.2 可达集 138
6.2.3 等时间线 140
6.3 初始态势与协同策略设计 142
6.3.1 零控脱靶量拦截的必要条件 142
6.3.2 改进的零控脱靶量拦截必要条件 144
6.3.3 基于可达性的协同拦截策略 145
6.4 仿真结果与分析 150
6.4.1 仿真参数设定 150
6.4.2 拦截常值机动目标 151
6.4.3 拦截随机阶跃机动目标 157
6.4.4 拦截弹群的拓展 159
6.4.5 对弹群个体性能差异的适应性 161
6.5 小结 163
参考文献 164
第7章 机械导弹防御中的发射规划与全过程仿真 166
7.1 概述 166
7.2 六自由度仿真系统建模 166
7.2.1 大气模型 166
7.2.2 发动机模型 170
7.2.3 飞行器运动六自由度模型 173
7.2.4 导引头测量模型 176
7.2.5 飞行控制系统模型 177
7.3 衔接中未制导的发射数量与时间规划 177
7.3.1 拦截规划 177
7.3.2 拦截弹的中未制导 183
7.4 仿真结果与分析 184
7.4.1 仿真参数设置 184
7.4.2 拦截常值机动的来袭弹 185
7.4.3 拦截随机阶跃机动的来袭弹 195
7.5 小结 197
参考文献 198
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