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弹道优化设计是运载火箭总体优化设计中最重要的部分之一，优化结果直接影响到运载火箭设计的总体性能。在研制、实验和实际应用阶段，需要合理的设计运载火箭弹道参数，选择合理的飞行弹道，保证运载火箭按预定规律运动。合理的飞行弹道才能够正确评定飞行试验结果，并对运载火箭及其各个分系统的特性作出鉴定。通过对运载火箭飞行弹道的优化设计，可以有效提高最大有效载荷和燃料利用效率，保证运载火箭在试验阶段的成功，最终降低运载火箭的总体研发成本及人力资源的投入量。本文的主要研究内容和研究结果如下：1.研究运载火箭弹道优化方面相关资料，深入研究了运载火箭弹道优化设计问题的特性，总结了弹道优化的几种常用优化算法，并分类进行了讨论分析，对弹道优化方法提出新的要求和发展方向。2.研究了弹道设计的基本理论知识，分析了弹道优化设计的一般方法及过程。对运载火箭弹道优化设计问题进行优化建模，针对弹道计算过程的高度非线性及复杂性，提出基于Kriging方法的弹道代理模型思想。研究了常用的Kriging方法的基本理论及相关函数、参数的设置依据，利用Kriging方法建立运载火箭弹道计算近似模型，并对近似模型精度进行检验确保弹道计算近似模型的有效性。3.深入研究了粒子群优化算法及量子粒子群优化算法，对两种优化算法进行了性能分析，量子粒子群优化算法相比粒子群算法有更好的全局收敛性，但是在解决复杂优化问题时，随着群体多样性降低容易陷入局部最优，本文针对量子粒子群优化算法这一局限性，提出基于模拟退火的量子粒子群优化算法（SimQPSO）,并对改进算法进行性能分析，从理论上说明改进算法的优势，随后利用经典函数对PSO、QPSO和SimQPSO三种优化算法进行实例分析，证明SimQPSO算法具有更好的全局优化能力。4.应用SimQPSO算法和QPSO算法分别对基于Kriging代理模型的运载火箭弹道进行优化仿真，仿真结果显示，SimQPSO算法相比QPSO算法得到了较好的弹道优化结果，并且算法参数设置少，易于实现。仿真结果说明基于模拟退火的量子粒子群优化算法在弹道优化问题中的可行性与有效性，可以推广应用到其它优化问题中。