基于遗传算法的曲线拟合方法在弹道气象的应用研究

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在信息化条件下的局部战争中,大气环境对武器装备乃至整个战争的影响,仍然十分引人注目。近年来,对火炮射击精度的理论研究表明,随着火炮的定位定向、目标探测、瞄准等技术日趋成熟,气象条件已经成为影响火炮射击精度的首要因素。因此,深入分析气象诸元误差,提高实时气象资料的探测精度,更新弹道气象诸元的计算方法,减小气象条件对火炮射击精度的影响,是当前提高炮兵防空兵射击精度的重要和有效途径。本论文对气象诸元随高度变化曲线的拟合问题进行了深入研究,提出了基于双种群遗传算法的B样条曲线拟合理论和方法,并在此基础上详细分析气象诸元误差的产生原因,研究和设计了连续函数法计算弹道气象诸元,提出将气象诸元拟合曲线直接应用于火炮计算射击诸元的思想,主要研究内容如下:(1)提出了用3次B样条曲线最小二乘方法拟合气象诸元曲线的总体要求。设定3次B样条拟合曲线的控制顶点数量较少和B样条拟合曲线的光顺性较好作为拟合条件,将气象诸元曲线拟合问题转化为可以用遗传算法求解的双约束优化问题。(2)提出了一种以远缘选优和近亲替代思想为种群迁移策略的改进双种群遗传算法(即DPPPGA)。根据远缘选优策略将各代的远缘优质个体和最优个体复制到副种群,副种群按照设定原则自动产生和进化,主种群和副种群按照设定原则相互交流特定个体,证明了DPPPGA的全局收敛性和对早熟收敛的抑制。(3)详细分析和论述了基于DPPPGA的B样条曲线拟合气象诸元曲线的具体实施细节。首先,提取气象诸元曲线的特征点,按照改进方法产生初始种群;其次,设定自适应惩罚因子,根据分层原则,实现算法自动分层拟合。(4)针对传统计算方法存在插值误差和计算方法误差,提出运用连续函数法计算弹道虚温偏差量和弹道空气密度偏差量。用基于DPPPGA的B样条曲线拟合气象诸元随高度变化曲线,再根据B样条曲线的节点区间分层,计算各层B样条曲线函数的积分平均值作为该层气象诸元的代表值;计算各层气象诸元代表值与各层层权乘积之和,从而克服传统计算方法的插值误差和计算方法误差。(5)提出运用连续函数法计算弹道风。首先,通过“小步长宽间隔法”和“整体滑动平均法”计算出真风在南北和东西方向的两个分量曲线,用基于DPPPGA的B样条曲线分别拟合;其次,按照相同的分层原则,计算两个分量各层B样条曲线函数的积分平均值,再分别乘上各层的层权,得到各层真风的两个加权分量;最后,按照矢量相加方法计算出弹道风风向和风速。与传统方法相比,连续函数法能够更加详细描述风的变化趋势,更加准确反映实际大气局部情况,较大程度提高弹道风的计算精度。(6)提出在火炮决定射击诸元过程使用气象诸元的新方法。首先,分析了火炮决定射击诸元过程由气象诸元引起的误差;其次,提出了在用精密法决定射击诸元时,运用连续函数法结合精确层权计算所需高度的弹道气象诸元,在用数值积分法求解弹道方程决定射击诸元时,运用连续函数法计算各个积分步长所需的气象诸元,从而减小气象诸元误差,提高火炮射击精度。(7)分析了气象通报模式的缺陷,指出现行气象通报模式已经不能满足信息化条件下各种火控系统对气象保障的精度要求,并提出完善和变革气象通报形式的方案。
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