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防空导弹弹族多目标优化设计

仝云  
【摘要】:新一代的防空导弹要求不仅单个和单类防空武器的性能大大提高,而且必须形成多种防空武器有组织的防空体系,与相应的空袭体系对抗。如何能够组建一个高性能的防空网络,这就许要运用导弹族化思想对防空网络内的各种型号的导弹进行弹族化设计思考。 本文设计的全空域防空导弹弹族包含了三种导弹:单级近程防空导弹,两级中程防空导弹和三级远程防空导弹,他们分别简称为弹1,弹2,弹3。因为采用了导弹族化的设计理念,所以要求防空导弹弹族内导弹1的固体火箭双推力发动同时也作为导弹2和导弹3的主级发动机,另外导弹2的助推器同时也作为导弹3的二级助推器使用。因为导弹最小起飞质量是导弹最重要的总体性能指标之一,并且弹族内三个型号的导弹在质量上存在耦合关系,所以如何确定防空导弹弹族内各种导弹的最小起飞质量的问题是本文研究的重点。本文针对一这个全空域防空导弹弹族进行了族内三种导弹最小起飞质量一体化设计,建立了以三种导弹最小起飞质量为目标函数的多目标优化模型,并采用多目标优化理论进行优化求解。 本文中防空导弹弹族最小起飞质量优化设计的主要研究内容如下: 第一,防空导弹弹族优化数学模型的建立和分析,建立了弹族内各种导弹的运动数学模型、质量模型、推进模型、大气环境模型,并以此建立起以防空导弹弹族中各种导弹的最小起飞质量为目标函数的多目标优化模型。 第二,本文对多目标函数的优化问题,采用了工程上比较实用的宽容分层法,即将多目标问题处理成单目标问题,并在一定的宽容度下,将得到的相对最优解定义成下-个优化目标的新的约束,从而逐层优化并添加约束。在处理单层优化问题上,本文选择了混合型遗传算法,进行单目标优化求解。 第三,本文在编制整个优化程序过程中使用了MATLAB/SIMULINK可视化编程仿真工具作为防空导弹弹族运动方程组积分求解器。因此可以在预先设置的不同程序断点下直观的通过图形分析防空导弹弹族一体优化过程中防空导弹飞行性能的变化情况。 第四,为了对比和分析弹族最小起飞质量一体优化的结果,本文又针对弹族中弹1进行了以最小起飞质量,最大飞行末速度,最大飞行平均速度的多目标优化。


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