尊敬的审查员:
本意见陈述是针对国家知识产权局于2022年8月25日发出的关于《一种高超声速飞行器下压段自适应伪谱法轨迹优化方法》的第一次审查意见通知书,对于审查员在第一次审查意见通知书中的论述,申请人进行了认真的研读,并作出以下修改和意见陈述。
一、修改说明
1.1.修改权利要求1
申请人将记载在权利要求2、6、7、8中的技术特征以及说明书中的技术特征“其中:运动学模型的运动学方程包括:
上式中,x是射程,h为高度,v为速度,γ为航迹角,θ为俯仰角,q为俯仰角速率,m为质量,T为推力,D为阻力,L为升力,α为攻角,My为俯仰力矩,Iy为转动惯量,mc为质量变化率;且:
上式中: 为动压,D为阻力,L为升力,My为俯仰力矩,ρ为空气密度,v为速度,Cd为阻力系数,Cl为升力系数,Cm为俯仰力矩系数;” 加入到了权利要求1中。
1.2.适应性的修改了其他权利要求的序号及应用关系。
以上修改均未超出原说明书和原权利要求书所记载的范围,符合专利法第三十三条的规定,且上述修改也是针对审查意见通知书所指出的缺陷进行修改,符合专利法实施细则第五十一条三款规定。
二、意见陈述
2.1.关于权利要求1不具有创造性的审查意见
审查员在本次审查意见通知书中指出,对比文件1公开了基于 hp-RPM 的高超声速飞行器滑翔轨迹优化,在对比文件1的基础上结合对比文件2、以及本领域技术人员的常规技术手段得到权利要求1要求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,因此,权利要求1不具备突出的实质性特点,不符合专利法第22条第3款的规定。
对此,申请人将记载在说明书中的附加技术特征加入到了权利要求1,认为修改后的权利要求1具有创造性,其中,修改后的权利要求1与对比文件1相比,至少存在如下区别技术特征:
1)本申请用于高超声速飞行器下压段,包括:
S0,建立高超声速飞行器下压段的运动模型,其中运动模型包括质心运动和绕质心转动的动力学模型、质心运动和绕质心转动的运动学模型两部分;
S1、建立高超声速飞行器下压段的动力学模型和运动学模型;其中:
运动学模型的运动学方程包括:
上式中,x是射程,h为高度,v为速度,γ为航迹角,θ为俯仰角,q为俯仰角速率,m为质量,T为推力,D为阻力,L为升力,α为攻角,My为俯仰力矩,Iy为转动惯量,mc为质量变化率;且:
上式中: 为动压,D为阻力,L为升力,My为俯仰力矩,ρ为空气密度,v为速度,Cd为阻力系数,Cl为升力系数,Cm为俯仰力矩系数;
步骤SS2、设定高超声速飞行器下压段的约束条件,包括动压约束、法向过载约束、端点约束和控制量约束;其中:
下压段动压约束为20kPa~420kPa
下压段法向过载约束为0~7
下压段控制量约束为-6°~6°。
1、对于区别技术特征1)
对比文件1基于 hp-RPM 的高超声速飞行器滑翔轨迹优化公开了基于hp-RPM 的高超声速飞行器滑翔轨迹优化方法,并具体公开了建立高超声速飞行器的动力学模型和运动学模型
审查员认为:本申请中权利要求所要求保护的技术方案:建立高超声速飞行器下压段的动力学模型和运动学模型与对比文件 1的区别在于:用于下压段。
基于该区别技术特征,权利要求1所要求保护的技术方案实际解决的技术问题是:轨迹段的选择。然而将滑翔段的轨迹优化方法用于下压段,实现相同的轨迹优化,是本领域的常规选择。
对此,申请人并不认同。
首先,飞行器动力学模型与飞行器下压段的动力学模型并不相同。
申请人认为:高超声速滑翔飞行器不受推力作用,其速度变化与飞行轨迹密切相关,因此其能量管理问题可视为一轨迹规划问题。
如背景技术提及的:高超声速飞行器的轨迹设计与优化是飞行器总体优化设计里非常重要的组成部分,也是近现代各国对飞行器相关研究的重点,其意义在于可以协调各个子系统,使其相互协作,以便达到各自某些特别的任务要求,不论是飞行器可以承载更多的有效载荷,还是可以降低飞行器的运营成本,提升飞行器的使用效率。根据不同任务类型设计的轨迹不仅能提升飞行器侦查和探测能力,而且能更好地规避危险,实现精确打击。
具体地,下压段是高超声速飞行器在飞行过程中的最后阶段,由于飞行器在下压段飞行之前刚刚结束了在大气层内的高空高速长时间滑翔飞行,因此飞行器在下压段开始时具有较高飞行高度和速度。下压段的目的是使飞行器成功命中目标并且满足各种复杂的过程约束和严格的终端约束,其中终端速度约束是飞行器完成飞行任务的重要保证,因此,本申请所要解决的技术问题实际上是:
飞行器在下压段飞行时需要进行轨迹规划以大幅降低飞行速度。
其次,本申请与对比文件所采用的技术方案也不相同。
下压段作为高超声速飞行器在飞行过程中的最后阶段,具有其自身特点,其具有特定的运动轨迹及运行曲线,因此,建立适用于高超声速飞行器下压段的运动模型,与传统的(如对比文件1所述的高超声速飞行器的动力学模型和运动学模型)并不相同。
具体地,为建立适用于高超声速飞行器下压段的运动模型,申请人经过了大量的理论验证及科学实验,并提出了:
运动模型包括质心运动和绕质心转动的动力学模型、质心运动和绕质心转动的运动学模型两部分;
并根据高超声速飞行器下压段采用无动力飞行的特点,从而仅需考虑纵向平面内的运动,飞行过程中推力和飞行器质量变化率均为零。并假设下降过程采用地球平面参考系,忽略地球自转,采用1976年美国标准大气模型USSA76,构建了运动学方程的具体表达式。
此外,为应对临近空间内飞行环境较为复杂的特点,同时考虑飞行器材料的物理性质和战略应用实际,高超声速飞行器在执行飞行任务时必须满足以热流、过载和动压为代表的严格的路径约束;同时为了最终可以精确的到达目标点,飞行过程中也必须满足高度,速度等端点约束;为了保证飞行器不会出现失控的情况也需要对控制量如攻角和倾斜角进行一定限制。
本申请给出了超声速飞行器下压段的约束条件,包括动压约束、法向过载约束、端点约束和控制量约束;其中:
下压段动压约束为20kPa~420kPa
下压段法向过载约束为0~7
下压段控制量约束为-6°~6°;
其中,在飞行力学中,所有气动力和力矩都与动压成比例。为防止铰链力矩过大,必须对最大动压进行限制,因此,给出了下压段动压约束为20kPa~420kPa;
同时,申请人认为:过大的法向过载会破坏导弹的结构,并影响其机动能力,向过载对导弹结构安全影响较大,需对其加以限制,因此,给出了下压段法向过载约束为0~7;
同时,申请人认为:飞行器从高空下降到地面,为了使其更好的完成对地攻击任务,需要对起始端状态和终端状态进行约束。端点约束一般包括初始时间、高度、速度、航迹角、位置和末端高度、速度、航迹角、位置等约束;
同时,申请人认为:实际的下压飞行过程为保持姿态稳定防止失控,攻角不可能无限大,必须限定在一定范围内,因此,给出了下压段控制量约束为-6°~6°。
上述数值的设定均为申请人经过了大量的劳动后得出的,并不是本领域技术人员的常规选择。
再次,申请人认为,一个完整的技术方案不仅包括各个独立的技术特征,也包括各个技术特征之间的连接关系。
本申请中,在区别特征1)的基础上,结合步骤S3、S4,能够对气动数据进行拟合,保证运算过程中数据的真实性与有效性;由于飞行环境的多变与不确定性,飞行器飞行时会长时间以大马赫数进行飞行,且当飞行马赫数有较大的变化时,相应的气动参数及气动力的计算亦会发生改变,即对飞行器运动的模型和优化过程提出了一定的要求。本发明对多维典型气动数据的攻角、侧滑角、马赫数等数据通过最近邻插值法进行拟合得到,则保证运算过程中数据的真实性与有效性。
本申请步骤S3,运用数值方法自适应Radau伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,分别以最大射程和最短时间为性能指标来进行优化;针对全局Radau伪谱法在求解复杂非光滑问题时运行效果不理想的情况,引入一种hp自适应策略,将自适应p‑Radau伪谱法与基于密度函数的伪谱网格细化算法结合起来,将最优控制问题转化为非线性规划问题。自适应hp‑Radau伪谱法计算效率更高、选取配点更合理、求解精度更高,优化结果均可以满足飞行器飞行的各项约束条件,是多约束条件下高超声速飞行器轨迹优化的一种有效方法。
本申请步骤S4采用数值优化方法序列二次规划算法求解非线性规划问题。
综上,本申请由于使用了自适应hp策略,大大降低了高阶多项式的使用,所得优化轨迹较为平滑,平均残差较小,估计精度较高,能够有效实现高超声速飞行器的下压段飞行轨迹优化。
由此可见,上述区别技术特征1)也是本发明的发明点之一,申请人在仔细阅读了对比文件1以及大量的现有技术文件之后,可以确定上述区别技术特征1)显然是需要付出创造性劳动的,现有技术并没有给出上述区别技术特征1)的相关启示。因此,上述区别技术特征1)不是惯用技术手段,是需要付出创造性劳动才可以获知的技术手段。如果审查员仍认为上述区别技术特征1)为本领域技术人员的惯用技术手段,申请人恳请审查员进行举证。
2.2.关于权利要求2-4不具有创造性的审查意见
由于权利要求1具有创造性,因此,直接或间接引用独立权利要求1的从属权利要求2-4也具有创造性,符合专利法第22条第3款的有关规定。
鉴于申请人已根据审查意见通知书对申请文件进行了修改并陈述了本发明可以授权的理由,从而克服了审查意见通知书所指出的各项缺陷。因此,本申请已符合专利法及其实施细则的有关要求,敬请审查员继续审查,依法早日批准本专利申请,授予本申请发明专利权。
以上就是申请人的全部答复意见,请审查员继续审查。
准为盼。如果审查员认为本申请仍有不符合专利法及实施细则规定之处,恳请再给予陈述意见、修改、会晤的机会,不胜感激。
此致
衷心的感谢!