平流层飞艇水平运动的轨迹优化研究

摘要

平流层飞艇是一种依靠空气浮力，能在平流层高度进行长时间定点悬停，并且能够携带一定负载的浮空器。作为一种全新的工作平台，平流层飞艇以其巨大的军事和民用价值，近年来引起了人们的注意，成为国内外研究的热点。
　　本文围绕飞艇在平流层内的轨迹优化问题进行研究，求解其在不同风场条件下水平运动的最优轨迹，对飞艇在平流层内飞行的控制策略提供了参考。
　　文章首先介绍了课题背景与研究意义，列举了各个国家的平流层飞艇以及轨迹优化问题的研究现状。其次，针对一维恒定风场的情况，建立平流层飞艇简化的运动学模型，通过最小值原理，解得最优轨迹中存在的三种工作模式，并证明了一维最优轨迹的若干引理。通过具体的边界条件，得到飞艇在一维最优轨迹中的模式切换次序。然后，对于一维风场时变的情况，基于滚动优化的思想，提出一种新的轨迹优化方法，并通过数值仿真证明了算法的有效性，实现了一维轨迹优化的在线设计。再次，通过渐近法，分步考虑诱导阻力与侧滑角对飞行轨迹的影响，解决了飞艇在无风情况的二维轨迹优化问题，并将恒定风场的轨迹优化问题转化为无风条件下追逐虚拟目标的问题，得到了恒定风场下的二维最优轨迹。最后，文章总结了所做的工作、指出了存在的不足之处并展望了未来的研究方向。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 平流层飞艇的发展现状

1．2．2飞艇轨迹优化的研究现状

1．3 本文主要工作与内容安排

1．3．1 本文的主要内容

1．3．2 本文的整体结构安排

第二章 恒定风场的一维轨迹优化

2．1 预备知识与问题描述

2．1．1 最小值原理

2．1．2 轨迹优化问题描述

2．2 最优工作模式

2．3 模式切换次序

2．3．1 一维最优轨迹的相关特性

2．3．2 具体的模式切换次序

2．4 本章小结

第三章 时变风场的一维轨迹优化

3．1 滚动优化的思想

3．2 时变风场的轨迹优化

3．2．1 轨迹优化问题描述

3．2．2 滚动优化方法

3．2．3 可能存在的误差分析

3．3 仿真结果与分析

3．4 本章小结

第四章 恒定风场的二维轨迹优化

4．1 二维轨迹优化问题描述

4．2 基于渐近法的二维轨迹优化

4．2．1 无风情况

4．2．2 有风情况

4．3 仿真结果与分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 存在的问题和进一步的研究工作

参考文献

致谢