(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111340012.5 (22)申请日 2021.11.12 (71)申请人 北京临近空间飞行器系统工程研究 所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 (72)发明人 张敏刚　王永海　徐春铃　付秋军　 巩英辉　姜智超　杨丁　刘辉　 孙精华　杨缙　曹轶　王锦涛　 冯建林　闫颖鑫　陈志刚　刘明　 刘建辉　杨明　张宁宁　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于粒子群算法的火箭助推段弹道优 化方法 (57)摘要 本公开的一种基于粒子群算法的火箭助推 段弹道优化方法， 根据所述火箭助推段的运动参 数建立所述火箭助推段 弹道三自由度运动模型； 根据所述火箭助推段三自由度运动模型构建所 述火箭助推段 飞行程序角模型； 基于所述火箭助 推段飞行程序角 模型建立所述火箭助推段弹道 优化模型； 基于粒子群算法和所述火箭预设初值 计算得到所述火箭助推段弹道优化模型的最优 解。 能有效解决固体运载火箭弹道优化设计问 题， 末助推级液体推进剂消耗减少11.1％， 收敛 速度快， 配 置参数少， 易于 工程实现等优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 114117758 A 2022.03.01 CN 114117758 A 1.一种基于粒子群算法的火箭助推段弹道优化方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据所述火箭助推段的运动参数建立所述火箭助推段弹道三自由度运动模型； 根据所述火箭助推段三自由度运动模型构建所述火箭助推段飞行程序角模型； 基于所述火箭助推段飞行程序角模型建立所述火箭助推段弹道优化模型； 基于粒子群算法和所述火箭预设初值计算得到所述火箭助推段弹道优化模型的最优 解。 2.根据权利要求1所述的火箭助推段弹道优化方法， 其特征在于， 所述火箭助推段的运 动参数包括： 地心 距， 经度， 纬度， 速度， 弹道倾角， 航向角， 升力， 阻力， 攻角和倾侧角。 3.根据权利要求2所述的火箭助推段弹道优化方法， 其特征在于， 所述火箭助推段包括 一级分离段和 二级分离段， 其中一级分离段包括一级动力飞行段和一级滑行段， 二级分离 段包括二级动力飞行 段和二级滑行 段。 4.根据权利要求3所述的火箭助推段弹道优化方法， 其特征在于， 所述一级分离段的飞 行程序角模型为： 式中， 其中， t1为运载火箭垂直上升时间， t2为有攻角转弯结束时刻， t3为一级滑行段结束时 刻， t4为一级分离时间， 为程序俯仰角变化控制参数， θ 为速度倾角。 5.根据权利要求3所述的火箭助推段弹道优化方法， 其特征在于， 所述二级分离段的飞 行程序角模型为： 其中， t7为二级发动机关机时刻， 为二级动力飞行段姿态角变化速率， t10为二级滑行 段结束时刻。 6.根据权利要求4所述的火箭助推段弹道优化方法， 其特征在于， 所述火箭助推段弹道 优化模型的目标函数为min(massp(X)) ， X为火箭助推段弹道优化设计变量， 其中， 为二级飞行 段程序角变化 率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114117758 A 2一种基于粒子群算法的火箭助推 段弹道优化方 法 技术领域 [0001]本公开属于弹道优化技术领域， 特别涉及 一种基于粒子群算法的火箭助推段弹道 优化方法。 背景技术 [0002]弹道优化是固体运载火箭总体优化设计的重要组成部分， 在运载火箭的全寿命周 期内， 弹道优化设计均占有极其重要的地位。 在实际飞行弹道设计阶段， 弹道优化设计可以 有效提高入轨有效载荷质量， 降低 发射成本。 由于固体运载火箭上升段弹道优化设计是一 类复杂的非线性规划问题， 存在多个等式约束和不等式约束， 约束条件和目标函数往往无 明确的解析表达式， 使传统优化算法面临严峻挑战,无法最大程度发掘飞行器的潜能。 近年 来， 智能优化算法以其独特的机制和优点,在飞行器 设计领域得到广泛应用。 新兴智能优化 算法不断涌现,粒子群优化算法便是其中的一种。 粒子群优化算法也是一种基于迭代的优 化工具， 但在算法实现过程中没有选择、 交叉和 变异等操作， 具有需要设置的参数少、 收敛 速度快、 易于实现等优点， 近年来， 在飞行器设计领域的应用日益受到关注。 研究粒子群算 法在飞行器轨迹优化领域的应用具有重要的学术意义和现实价值， 将对飞行器优化设计学 科的发展起到 重要推动作用。 发明内容 [0003]有鉴于此， 本公开提出了一种基于粒子群算法的火箭助推段弹道优化方法， 能有 效解决固体运载火箭弹道优化设计问题， 末助推级液体推进剂消耗减少11.1％， 收敛速度 快， 配置参数少， 易于 工程实现等优点。 [0004]根据本公开的一方面， 提出了一种基于粒子群算法的火箭助推段弹道优化方法， 所述方法包括: [0005]根据所述火箭助推段的运动参数建立所述火箭助推段弹道三自由度运动模型； [0006]根据所述火箭助推段三自由度运动模型构建所述火箭助推段飞行程序角模型； [0007]基于所述火箭助推段飞行程序角模型建立所述火箭助推段弹道优化模型； [0008]基于粒子群算法和所述火箭预设初值计算得到所述火箭助推段弹道优化模型的 最优解。 [0009]在一种可能的实现方式中， 所述火箭助推段的运动参数包括： 地心距， 经度， 纬 度， 速度， 弹道倾角， 航向角， 升力， 阻力， 攻角和倾侧角。 [0010]在一种可能的实现方式中， 所述火箭助推段包括一级分离段和二级分离段， 其中 一级分离段包括一级动力飞行段和一级滑行段， 二级分离段包括二级动力飞行段和二级滑 行段。 [0011]在一种可能的实现方式 中， 所述一级分离段的飞行程序角模型为：说　明　书 1/5 页 3 CN 114117758 A 3