没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
第八届Mathorcup数学建模竞赛优秀论文C3289.pdf
需积分: 0 0 下载量 16 浏览量
2024-03-04
06:52:02
上传
评论
收藏 511KB PDF 举报
温馨提示
试读
24页
第八届Mathorcup数学建模竞赛优秀论文C3289.pdf
资源推荐
资源详情
资源评论
C 题 路基导弹打击航母的数学建模与算法设计
摘
要
本文基于陆基导弹打击航母这一军事化任务,分析计算了导弹在空间中的
运动轨道模型,分别给出了针对静止目标的静态轨道模型和针对移动目标的动
态轨道模型,阐明了相关算法并作出图像,最后,对应用此模型打击航母的误
差及命中率进行了分析。
对于问题 1,根据已知条件将反舰导弹打击航母的运动轨道分为发射段、中
段和末段,其中,中段又包含有两个过程。根据每一个过程的受力和运动状态
建立起问题 1 的静态轨道模型——分段模型,模型数学表达式如下:
()=
⎩
⎪
⎨
⎪
⎧
.
√
−.
,
(≤<
)
−. ×
+ .
+ .
,
(
≤<)
. ×
−. ×
+ .
,
(≤<)
−. ×
+ .
−
,
(
≤≤)
根据此分段模型的数学表达式,在 MATLAB 中绘制出相应的图像,从而得到问题
1 所要求的导弹轨道曲线。
对于问题 2,考虑到题目中给出的航母运动状态,我们首先利用问题 1 的模
型,将一定时间后航母到达的位置作为终点并尽量调整导弹受力及其它参数来
保证该模型的合理性,但其适用性仍然较差。因此,若要解决问题 2,需在模型
1 的基础上加以改进,增加第三维坐标。改进后的模型中每一个过程都是 x、y、
z 坐标对时间 t 的参数方程。为绘制直观的图像,根据问题 2 的分段参数方程在
Excel 中生成密度合适的一系列三维散点,然后将其导入 SPSS 中生成三维散点
图,从而更加直观地观察和分析基于问题 2 的动态模型方程,并从中分析导弹
飞行的中段动态模型。
对于问题 3,综合考虑各因素对导弹轨道曲线的影响,分析相应的系统误差
和随机误差;对于命中率问题,由于控制系统发出指令到导弹接收、作出调整
之间必然存在一定延迟,根据已经得到的模型和导弹的运动状态建立导弹位移
和延迟时间之间的关系,从而对命中率进行相对精确的计算。
关键词:陆基导弹、分段参数方程、导弹轨道曲线模型、三维散点图
校苑数模
第八届MathorCup高校数学建模挑战赛特等奖论文
http://www.mathor.com/portal.php
更多数学建模资料请关注微店店铺“数学建模学习交流”
https://k.weidian.com/RHO6PSpA
目 录
一、问题重述
...
.................................................................................................................... 1
二、问题分析
...
.................................................................................................................... 1
2.1 问题 1 的分析
............................................................................................................ 1
2.1
.1 意义分析 ...................................................................................................................... 1
2.1.2 已知条件 ...................................................................................................................... 1
2.1.3 基本思路与假设条件 .................................................................................................. 2
2.2 问题 2 的分析
...
......................................................................................................... 3
2.2.1 意义分析 ...................................................................................................................... 3
2.2.2 已知条件 ...................................................................................................................... 3
2.2.3 基本思路 ...................................................................................................................... 3
2.3 问题 3 的分析
............................................................................................................ 4
2.3.1 误差分析 ...................................................................................................................... 4
2.3.2 命中率分析 .................................................................................................................. 4
三、模型假设
...
.................................................................................................................... 4
四、定义与符号说明
...
....................................................................................................... 5
五、模型建立和求解
...
....................................................................................................... 5
5.1 问题 1 模型建立和求解
.......................................................................................... 5
5.1.1 发射段 .......................................................................................................................... 6
5.1.2 中段 .............................................................................................................................. 8
5.1.3 末段 ............................................................................................................................ 10
5.2 问题 2 模型建立和求解
...
..................................................................................... 11
5.2
.1 舍弃的模型(思路一) ............................................................................................ 11
5.2.2 改进模型(思路二) ................................................................................................ 13
六、误差分析与命中率分析
.............................................................................................. 19
6.1 误差分析
...
............................................................................................................... 19
6.1
.1 空气阻力的影响
...
................................................................................................ 19
6.1
.2 非理想控制系统的影响
........................................................................................ 19
6.1
.3 地球自转的影响
...
................................................................................................ 19
6.2 命中率分析
...
........................................................................................................... 20
参考文献
................................................................................................................................ 22
附录
......................................................................................................................................... 22
校苑数模
第八届MathorCup高校数学建模挑战赛特等奖论文
http://www.mathor.com/portal.php
1
一、问
题重述
导弹——国之利器,对于保卫一个国家的安全具有重要的战略意义。本次建
模旨在设计路基反舰导弹运行的轨道模型并计算其命中率,以期提供一个较为科
学合理的结果。
题目中已经给定了导弹发射车的初始位置、航母初始位置、航向、航速(航
母的动态坐标由卫星和无人机动态提供给指挥中心)等条件;导弹运行的轨道曲
线划分为发射段、中段和末段,相应参数题目已经给定。若要设计反舰导弹运行
的轨道模型,需要逐步解决如下三个具体问题:
(1)问题 1:建立初始状态下,即航母静止时,导弹是按照怎样的运动轨
迹模型打击航母的。换言之,假设航母静止不动,基于此条件设计轨道运行模型。
(2)问题 2:由题目可知导弹运行的中段可设计为不同的飞行轨道,由导
弹的飞行参数制导所确定。换言之,中段时航母的动态坐标数据是由卫星和无人
机动态提供的,基于此动态数据,对问题 1 建立的模型加以改进,构建航母运动
时导弹运行的轨道模型。
(3)问题 3:导弹打击航母的轨道曲线的误差分析和命中率分析。误差分
析主要是从建立模型所基于的假设条件入手,逐个分析各假设条件对导弹打击航
母的影响;命中率分析则侧重具体的条件,相对精确地计算命中率处于什么范围
内。
二、问
题分析
2.1 问题 1 的分析
2.1.1 意义分析
问题 1 是此次研究的基础,首先我们需要先假定航母静止不动,计算此时的
轨道运行模型。基于这个基础,我们才能再加入航母运动等具体条件,设计出更
加复杂情况下的模型。因此,问题 1 为整个研究做了很好的铺垫,为解决后续问
题打开了思路。
2.
1.2 已知条件
(1)导弹初速度方向竖直向上。
校苑数模
第八届MathorCup高校数学建模挑战赛特等奖论文
http://www.mathor.com/portal.php
2
(2)导弹发射车初始位置为东经 120°30′00″,北纬 27°30′00″,以此
为导弹打击航母的坐标系原点;航母位置坐标 H (Xo,Yo)为东经 123°45′00″,
北纬 25°39′00″,航母保持静止不动;根据坐标计算距离时,设定地球半径为
6300km。
(3)导弹运行的轨道曲线划分为发射段,中段和末段;发射段通常为抛物
线,发射速度为 500m/s;中段可设计为不同的飞行轨道;末段最高速度可达到
1000m/s。导弹末段飞行时间一般不超过 20 秒。末段由导弹自主攻击航母目标。
这里我们设计第三段为具有一定初速度的平抛运动,只受重力作用。
(4)导弹飞行的轨道曲线是连续和光滑的,不能折线飞行。
(5)需考虑应对敌方反导系统拦截问题,期望给出难以拦截的攻击曲线。
在这里,我们设计:发射段时导弹具有竖直向上的初速度、垂直于初速度的牵引
力,以获得最大的水平速度,尽力避免反导系统的打击。
2.1.3 基本思路与假设条件
(1)导弹初速度方向竖直向上。
(2)牵引力大小始终恒定,方向可变。
(3)忽略空气阻力的影响。当导弹处于主动段时,主要受到推力和空气阻
力作用。
[1]
题目中声明:“发射段的轨迹通常为抛物线”,物体运动轨迹为抛物线
的条件是:物体受大小、方向恒定的力的作用,且不与初速度同向。而空气阻力
处处与速度反向,且大小与速度相关,是一个大小和方向都不断变化的力;若考
虑空气阻力的影响,则导弹的运动轨迹不可能为抛物线。
(4)对于发射段:导弹受水平方向的牵引力和竖直向下的重力。初速度竖
直向上,大小为 500m/s;运动轨迹为抛物线,运动到最高点时导弹的竖直速度
为 0,发射段结束。
(5)对于中段,我们将其分解为三部分:最开始,导弹受到与水平速度方
向相反的牵引力,水平速度快速减小,视为瞬间完成;第二部分导弹受重力和竖
直向下的牵引力,合力竖直向下,同时具有一定水平初速度,导弹做平抛运动;
第三部分导弹受重力和竖直向上的牵引力,合力向上,竖直速度逐渐减小至 0,
水平速度保持不变。
(6)对于末段:导弹只受重力作用,具有水平方向的初速度,且初速度大
校苑数模
第八届MathorCup高校数学建模挑战赛特等奖论文
http://www.mathor.com/portal.php
3
小与中段第一部分结束时的水平速度相等。导弹做平抛运动。
2.2 问题 2 的分析
2.
2.1 意义分析
问题 2 是对于问题 1 的扩展和补充,问题 1 中假定航母静止不动,这只是研
究导弹运行轨道的基础,而实际应用中必须要加入航母的运动条件才具有现实意
义,这就需要对问题 1 建立的模型进一步改进。
2.
2.2 已知条件
导弹发射车初始位置坐标、航母初始位置坐标、导弹打击航母的坐标系原点
均与问题 1 中相同。航母始终保持向正南方向航行,速度为 32 节(1 节=1.852km/h)
的运动状态移动;航母舰长为 335m。
其它已知条件均与问题 1 相同。
2.2.3 基本思路
针对问题 2,我们先后总结出了如下两种思路:
(1)思路一:
①导弹竖直发射;导弹的初速度方向竖直向上,无水平初速度;
②航母一直向正南方向航行,速度为 32 节;
③假设航母运行时间 t 后被导弹击中;
④导弹从发射起,即朝着航母航行时间 t 后所到达的位置进行打击;
即导弹向着预先计算好的航母假想方向进行打击;
⑤导弹在发射段、中段、末段的受力情况与问题 1 所建立的模型中相同。
(2)思路二:
①
导弹倾斜发射;
②
以导弹初始位置为原点,导弹初始位置与航母初始位置连线方向为 Y 轴,
水平面上从 Y 轴顺时针旋转 90°为 X 轴,垂直于水平面方向为 Z 轴;
③初速度可分解为两个方向,一是 Z 方向上的分速度,大小同问题 1 中相同,
二是正南方向上的分速度 v;
④假设航母一直向正南方向航行,速度为 32 节;
⑤依旧将导弹运行的轨道曲线划分为发射段,中段和末段;
校苑数模
第八届MathorCup高校数学建模挑战赛特等奖论文
http://www.mathor.com/portal.php
剩余23页未读,继续阅读
资源评论
Matlab科研辅导帮
- 粉丝: 2w+
- 资源: 7621
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功