高超音速飞行器光子芯片自进化制导研究

Abstract

高超音速飞行器（马赫数Ma≥5）在高速飞行过程中面临高动态机动、强电磁干扰以及气动参数强耦合等复杂环境约束，传统电子制导芯片因响应延迟大、抗干扰能力弱、自适应能力不足等问题，难以满足极端工况下的制导精度与可靠性要求。针对上述技术瓶颈，本文结合光子集成技术与智能制导的融合发展态势，提出一种基于伊辛模型与近端策略优化协同的光子芯片自进化制导方法。该方法突破“硬件固定、算法迭代”的传统设计范式，构建光子芯片硬件结构与制导算法深度耦合的自进化架构，将光子单元器件的传输矩阵映射为伊辛自旋态，通过光致调控机制实现光子链路的动态重构，达成制导模型、参数与硬件结构的原位协同演化。首先，建立高超音速飞行器三维非线性气动耦合制导模型，引入光子芯片传输损耗与耦合效应修正项，推导多物理场耦合下的制导动力学方程。其次，设计基于伊辛模型的光子芯片可编程架构，提出自旋态映射优化算法与毫秒级重构策略，构建自进化制导核心逻辑。在此基础上，推导强电磁干扰环境下光子制导信号的传输、滤波与重构表达式，设计基于波分复用的抗干扰传输链路，引入改进型卡尔曼滤波与粒子滤波融合算法，提升系统状态估计精度。最后，通过多场景仿真与硬件在环测试，验证所提方法在响应速度、制导精度、抗干扰性能与自进化能力等方面的优势。实验结果表明，该方法响应延迟为5±1纳秒，制导精度达5±1米，干扰抑制比为70±2分贝，综合评分94±2分，统计显著性p＜0.001。