艦載機甲板調運規劃與控制方法（簡體書）

艦載機是航母編隊海上作戰的重要武器，隨著航母可攜帶艦載機數量的增加，艦載機的出動效率成為影響航母戰斗力的重要因素。為了提高艦載機的出動效率，除了保障能力等因素之外，還需要科學、高效地進行艦載機調運規劃。與陸基飛機作業不同，航母甲板空間狹小，因此其調運以及出動較陸基飛機會更加復雜。同時，由於航母攜帶的裝備種類雜、數量多，在狹小的甲板空間上，需要執行大量的起降、保障、調運等作業，在航母甲板上進行調運以及出動作業所面臨的安全風險更高。不僅如此，隨著無人機技術的發展，無人機上艦也成為必然趨勢，而無人機通常是采取自動滑行的方式，因此它對在甲板上調運的自動化程度又提出了更高的要求。
在此背景下，本書基於海軍航空大學韓維教授團隊多年在艦載機領域的研究與積累，主要對艦載機甲板自動調運規劃與控制的關鍵技術進行了闡述，根據當前艦載機自動調運規劃與控制的相關研究基礎以及不足，主要對艦載機調運路徑規劃及其控制問題和艦載機調運出動任務規劃問題這兩大核心問題進行研究。
本書第1章主要從整個艦面保障流程的角度出發，對艦載機調運的過程進行了簡述。第2章主要對艦載機艦面調運路徑規劃與控制技術以及其他領域的相關技術進行了歸納。第3章主要對艦載機艦面調運路徑規劃與控制方法基礎理論進行了介紹。第4章主要針對艦載機滑行、無桿牽引系統、有桿牽引系統的調運運動學進行了系統建模，通過優化調運時間以及控制的平穩性，並考慮飛機在調運過程中的各種硬性約束，得到符合實際運動約束關係的路徑規劃模型。基於此，第5章提出了一種基於牛頓迭代的保辛偽譜算法，並基於該算法分別對3種調運方式的單機調運路徑規劃進行了研究。為了使所得出的艦載機調運路徑可應用於實際調運問題中，第6章考慮偏差以及外界擾動等因素，結合艦載機調運的各種約束條件，對第5章在理想情況下規劃出的調運路徑進行跟蹤，並設計魯棒性較強的跟蹤控制方法，得出在擾動環境下的實際控制律，使艦載機在實際調運過程中仍可以按照所規劃的路徑進行調運。此外，由於多架艦載機常常需要同時進行調運作業，為此第7章分別對多同構體的協同路徑規劃和多異構體的協同路徑規劃這兩大類問題進行了研究。而在艦載機出動過程中，調運的路徑規劃只是其中一個重要環節，且它與艦載機的布列、出動時序息息相關，為此在對艦載機調運的路徑規劃及其控制問題研究的基礎上，第8章把艦載機的布列、調運、出動這三個作業環節統籌考慮，建立艦載機調運出動任務規劃一體化模型，並設計相應的求解方法，以根據任務需求自動地制定出科學、合理、高效的艦載機調運以及出動方案。
在本書撰寫過程中，海軍航空大學李正陽、李樾、吳立堯、崔凱凱、萬兵、梁洪瑜、郭放、崔榮偉、陶俊權進行了大量的校稿工作，陸軍航空兵研究所徐衛國進行了專業的指導，在此由衷地表示感謝。同時，感謝大連理工大學工程力學系工業裝備結構分析國家重點實驗室彭海軍副教授、王昕煒博士在辛理論在艦載機路徑規劃應用方面的幫助與支持。由於時間倉促，加上筆者水平有限，不當之處在所難免，敬請各位讀者批評指正。
希望我們的工作與研究能夠對航母與艦載機領域的研究人員或者愛好者有所幫助，為我國的航母事業做出貢獻。最後，祝願我們偉大的祖國繁榮昌盛，祝願我們偉大的航母事業蒸蒸日上。

第1章 艦載機艦面調運概述
1．1 艦載機調運系統的組成及重要性
1．1．1 調度模型臺
1．1．2 飛機升降機
1．1．3 機庫大門
1．1．4 飛機牽引車
1．1．5 艦載機系留設施
1．1．6 飛機調向轉盤
1．2 艦載機艦面調運程序簡介
1．2．1 升降機作業
1．2．2 彈射中的調運作業
1．2．3 艦載機停放

第2章 艦載機艦面調運路徑規劃與控制研究進展
2．1 單架艦載機調運的路徑規劃
2．2 艦載機路徑跟蹤控制
2．3 多機在甲板上的協同路徑規劃研究現狀
2．4 飛機艦面調運出動任務規劃研究現狀

第3章 艦載機艦面調運路徑規劃與控制方法基礎理論
3．1 非線性最優控制理論
3．1．1 無約束非線性最優控制問題
3．1．2 含不等式約束的非線性最優控制問題
3．1．3 最優控制問題的漢密爾頓數學結構
3．2 辛數學基礎
3．2．1 漢密爾頓動力學系統及保辛概念
3．2．2 作用量及最小作用量原理
3．2．3 生成函數
3．3 偽譜方法
3．3．1 拉格朗日插值與函數逼近
3．3．2 基於Legendre函數的高斯積分
3．3．3 Legendre偽譜近似
3．3．4 微分矩陣
3．3．5 求解最優控制問題的Legendre偽譜方法
3．4 Dubins路徑方法
3．5 RVO方法

第4章 艦載機調運的運動學模型及路徑規劃模型
4．1 艦載機調運動力學模型和運動學模型簡述
4．2 艦載機滑行運動學模型
4．3 無桿牽引系統的運動學模型
4．4 有桿牽引系統的運動學模型
4．5 基於最優控制方法的路徑規劃模型
4．5．1 障礙物約束模型
4．5．2 艦載機滑行的路徑規劃模型
4．5．3 無桿牽引系統的路徑規劃模型
4．5．4 有桿牽引系統的路徑規劃模型
4．6 本章小結

第5章 基於牛頓迭代保辛偽譜算法的單機調運路徑規劃研究
5．1 牛頓迭代保辛偽譜算法
5．1．1 預處理
5．1．2 采用LGL偽譜法對4個自變量進行近似化處理
5．1．3 單個區間內采用第三類生成函數
5．1．4 矩陣組裝及求解
5．1．5 基於牛頓迭代法的最優時間一能量的確定
5．1．6 算法流程
5．2 復雜環境下的算法驗證
5．3 單架艦載機滑行路徑規劃
5．3．1 實驗環境及參數
5．3．2 實驗結果與分析
5．4 無桿牽引系統的路徑規劃
5．4．1 實驗環境及參數
5．4．2 實驗結果與分析
5．5 有桿牽引系統的路徑規劃
5．5．1 實驗環境及參數
5．5．2 實驗結果與分析
5．6 本章小結
……
第6章 基於滾動時域的艦載機調運路徑跟蹤控制研究
第7章 多架艦載機調運的協同路徑規劃研究
第8章 基於FFSP的飛機艦面調運出動任務規劃一體化設計
參考文獻