面向临近空间目标拦截的预测命中点设计方法

针对基于吸气式高超声速平台的临近空间目标拦截概念方案,考虑由于吸气式动力拦截平台飞行策略与火箭动力拦截弹的区别,导致传统预测命中点设计方法不适用的问题,开展面向吸气式高超声速平台的拦截预测命中点设计方法研究。首先,基于拦截空域最大的原则,结合吸气式动力飞行策略构建高超声速拦截平台的标准弹道族;然后通过将多约束拦截预测命中点设计问题分解为基于航程约束的拦截时间迭代计算问题和满足高度约束的拦截点的高效筛选问题,快速完成预测命中点规划。最后,通过仿真实验说明了提出的面向吸气式高超声速拦截平台预测命中点规划方法的有效性。     

机动发射弹道导弹集群诸元快速规划

针对机动发射条件下弹道导弹集群的飞行诸元快速规划问题，将神经网络预测与最小二乘优化相结合，提出了一种弹道导弹发射诸元快速规划方法。首先分析了弹道导弹助推段飞行策略并选取适当的发射诸元，以发落点信息为输入，设计双隐藏层诸元预测网络，通过弹道仿真获取弹道数据建立数据集完成网络训练，利用该网络可以得到发射诸元迭代初值。在此基础上，为了消除数据集中样本数据不平衡对发射诸元规划精度的影响，以落点射程、横程、高程偏差最小为指标函数，结合最小二乘优化方法进行迭代获得发射诸元精确解。最后在典型发射场景下，进行了弹道导弹集群机动快速发射仿真验证。结果表明，该方法相较于传统方法可显著提高计算速度与精度，且在给定的大范围机动条件下，能够满足弹道导弹集群对远距离、多目标的快速精确打击。     

空间拦截防御的射击诸元快速解算算法

针对空间平台发射非制导毁伤单元对近程高速非合作目标进行拦截防御的射击诸元快速解算问题,建立了命中方程,并基于命中方程的一阶解,给出了2种解析算法确定发射时刻、发射速度矢量与提前点坐标之间的函数关系.提出了计算命中时刻、发射速度矢量与发射时刻间函数关系的二分数值方法.最后通过仿真分析了算法的方法误差及适用范围.     

面向临近空间高机动目标的改进预测命中点规划方法

研究面向临近空间高超声速目标的预测命中点设计问题,考虑到高超声速目标机动能力强,拦截系统的目标预报弹道中存在多次出现斜距相同的情况,导致基于斜距的预测命中点设计方法不适用。通过引入目标弹道预划分手段,保证在每个预测命中点搜索区间的斜距具有单调性,以便可以快速有效搜索到预测命中点,解决当前方法的局限性。结合拦截弹的标准弹道族计算,提出了基于目标弹道预划分的改进预测命中点设计方法。在此基础上,考虑到延时发射,通过状态转换的方法,将三维平面进行降维处理,获得标准弹道族与目标弹道的所有位置重合点,并通过两者飞行时间时长对比筛选出可行拦截弹道方案,从而获得发射时间窗口。最后,通过开展仿真分析说明了提出方法的有效性。     

空间快速拦截弹道优化设计研究

对用地基导弹拦截空间低轨目标时的弹道优化设计进行了研究。针对两级导弹,采用同面逆向拦截方式,选择合适的发射点和拦截点。建立了导弹主动段和自由段的弹道模型,对主动段飞行程序参数进行优化,在满足约束飞行程序约束条件下,用牛顿迭代法对拦截弹两点边值问题进行迭代计算,求出飞行程序的参数。仿真计算结果表明:用所提优化方法设计的弹道能满足导弹的性能要求,在飞行程序控制下可在预定时间到达预定的拦截点,实现对低轨空间目标的快速拦截。研究为导弹武器对空间目标拦截的实际应用提供理论基础。     

基于OPTIMUS的临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入飞行受到热流率、动压和过载等多约束情况下的轨迹优化问题,提出了基于OPTIMUS优化软件平台搜索初值的编程求解方案。首先根据再入飞行动力学原理建立数学模型,并合理简化,应用最优控制理论设计滚转角控制律;然后利用OPTIMUS软件平台搭建系统工作流程,进行试验设计并建立响应面模型,通过平台集成的优化算法寻找初值;最后结合不同优化算法的优点,基于遗传算法加模式搜索法编写程序求解轨迹。结果表明,基于OPTIMUS分析所设计的轨迹优化方案,可以快速确定较为准确的初值,计算效率显著提高,且能够保证较高精度。     

绕月自由返回飞行任务的轨道设计方法

针对绕月自由返回飞行提出一种任务轨道设计方法。在双二体模型下基于圆锥曲线拼接和能量匹配原则迭代计算初值,采用Broyden法构造新的微分修正格式,在精确模型下分别针对三组不同的目标变量和目标值对初值进行逐级修正使之满足再入参数。采用简单迭代调整近地点时刻、飞行时间完成发射弹道拼接和落点位置匹配,迭代初值根据落点纬度插值确定,插值表通过对若干飞行时间进行初值计算和发射弹道拼接构造。算例表明,该流程能够扩展初值计算的适用范围,具有良好的收敛性和计算效率。     

基于模糊控制的拦截弹姿态控制器设计方法研究

针对大气层内拦截弹这一非线性、强耦合、时变系统及姿控发动机的非 线性特性,给出一种基于模糊控制的拦截弹姿态控制器设计的新方法。文中给 出该控制器的结构、具体设计过程和相关参数的确定方法。不同初值和不同扰 动情况下的数字仿真结果表明采用该方法设计的控制器具有鲁棒性好、结构简 单、易于工程实现等特点。     

基于零脱靶量设计的前向追踪拦截滑模制导律

在拦截高超音速目标时,传统拦截制导律要求拦截弹速度更高,由此带来拦截弹的能量和控制等诸多难题.本文设计了一种基于零脱靶量的前向追踪拦截滑模制导律,实现了低速拦截弹拦截高速目标.首先分析了前向追踪拦截模型,该模型将低速拦截弹放置在高速目标前方飞行,通过控制拦截弹的飞行方向,可以达到拦截目标的目的;然后给出了前向追踪模型下理论脱靶量在目标机动和非机动两种情况下的数学表达式;最后以目标机动情况下的理论脱靶量为滑模面,设计了一种基于滑模控制的前向追踪拦截制导律.仿真试验验证了该制导律的可行性和高精度、低过载的特点.     

防空导弹尾追拦截目标的遭遇点预测方法

为充分发挥导弹武器系统的全向拦截能力,防空导弹需要面对拦截发射时即处于尾追逃逸态势目标的问题。结合防空导弹任务特点,设计了一种兼顾迎击、尾追拦截态势的遭遇点预测方法。根据导弹与目标在发弹时刻和拦截过程中的相对运动关系,建立常规迎击态势下的遭遇点预测模型。针对尾追拦截的特殊情况,分析预测模型对弹目相对运动关系描述的适用性,并进一步研究目标初始参数对预测模型收敛性的影响。在此基础上优化运动几何关系描述模型,结合收敛条件设计迭代算法,形成尾追拦截态势下遭遇点的预测方法。该方法修正了目标穿越发射点上空引起的模型适用性问题。仿真结果表明:迭代算法对迎击、尾追目标态势均快速收敛,预测精度满足工程应用要求,为导弹全向拦截时的遭遇点预测提供了有效的解决途径。     

一种带航迹角约束的临近空间目标拦截中制导算法

针对采用双脉冲发动机的防空导弹拦截临近空间高速目标的多约束中制导问题,设计了一种基于逆轨拦截且满足过载收敛的预测-校正制导方法。该算法在基于由最优控制理论推导的满足终端位置、速度约束的ZEM-ZEV算法基础上,以具有航迹角约束的零控拦截流形作为交班条件,采用数值预测方法对剩余飞行时间进行高精度求解,通过在线动态生成初-中制导交班的速度方向和II脉冲发动机的开机时刻来降低中制导段需用过载。蒙特卡洛打靶仿真结果表明本文所提出的中制导算法能够满足带航迹角约束的零控拦截条件,对模型的参数偏差和不确定性具有强鲁棒性,具备重要的理论意义和工程应用价值。     

组合制导弹道导弹无依托快速发射技术研究

具有快速机动发射能力的弹道导弹是现代远程作战武器的重要标志,提出了无依托快速发射的定位、定向方案,设计了基于空中在线诸元计算的摄动制导方法,该方法具有计算量小、制导方法误差小的特点,可满足陆基机动弹道导弹或潜射弹道导弹的快速发射的要求。     

解析计算在月球中继卫星Halo轨道设计中的应用

面向月球中继卫星工程轨道设计需求,研究解析计算方法在地月系L2点halo轨道设计中的应用问题。在讨论圆型限制性三体问题三阶解析近似计算方法的基础上,分析了解析计算与数值计算的差异,给出了解析近似计算在工程约束下的适用范围,进而提出了基于解析计算的轨道设计和特征筛选方法。分别采用解析初值和数值初值进行halo轨道外推,比对验证采用解析计算设计轨道的可行性。研究结果表明,解析计算方法适用于月球中继卫星轨道的初步设计、特征分析和构型筛选。     

基于轨迹预测的高超声速飞行器拦截中/末制导研究

针对因高超声速飞行器全程飞行速度快且具较强的机动能力,导致中末制导需用过载超出可用过载,采用传统制导律难以满足拦截需求的问题,对一种基于虚拟目标的高超声速飞行器轨迹拦截方法进行了研究。基于目标Singer运动学模型和量测模型,用扩展卡尔曼滤波(EKF)估计目标运动信息,将预测命中时刻目标运动轨迹作为虚拟目标点,考虑拦截交会角约束,采用针对虚拟目标的中制导拦截策略,在末制导段采用比例修正制导。通过随距离可变的末制导过渡段指令,以避免中末制导弹道交班的过载抖动。仿真结果表明:基于虚拟目标点高超声速目标拦截能有效减小末端弹目交会角同时降低需用过载。为降低中制导误差,可在拦截过程中实时更新一次虚拟目标的预测结果。该法可用于高超声速飞行器拦截,以及其他大机动目标的轨迹预测和拦截。     

弹道导弹防御系统防卫区计算模型

根据拦截弹发射时刻至拦截弹命中目标,拦截弹和弹道导弹飞行时间相等条件,基于合理假设分别建立了防卫区前置半径、后置半径、侧界半径和防卫区面积模型。在分析防御系统防卫区主要影响因素的基础上,用定量方法对某防卫区主要参数进行了灵敏度分析。研究结果对导弹防御系统的部署和使用有一定的参考价值。     

面向中末交接班的临近空间拦截弹弹道优化

针对反高超声速目标拦截弹中末制导交接班窗口小、变化快引起的交接班难题,设计了带终端位置和速度指向约束的拦截弹中制导弹道。首先,考虑交接班时间、动压、热流、过载、控制量以及终端弹道倾角等约束,建立了拦截弹纵向平面中制导弹道优化模型;其次,构建了中制导段的弹目拦截几何,提出了能量受限的侧窗探测拦截弹中末制导交接班窗口概念,并将其作为拦截弹中制导段弹道设计的终端约束条件;然后,基于hp自适应网格细化方法设计了面向中末交接班的优化弹道。仿真结果表明,所构建的中末制导交接班窗口条件完备有效,能较好描述中制导末端约束条件,所设计的优化算法收敛速度快、求解精度高。另外,通过仿真提出了临近空间拦截弹宜采用背风探测的交接班方案。     

能量约束下的动能拦截弹逆轨拦截攻击区建模

针对动能拦截弹(KKV)拦截高速目标的拦截末端对抗分析问题,提出一种末端拦截弹攻击区建模方法以及目标最优规避策略。首先,通过空间几何关系推导并得出了拦截弹与目标机动范围在攻击区中的投影计算方法。以所建立模型为基础,推导捕获区与逃逸区以及界栅的计算方法,并给出了显式表达式。随后,引入燃料消耗这一能量约束条件,进一步建立考虑能量约束的攻击区计算模型。对于目标,通过对所建立的攻击区及相应的投影进行分析得到了其最优规避策略。仿真结果表明,文中所建立的模型、投影计算方法及目标最优规避策略是正确的。利用本文提出的模型,可根据末端拦截弹与目标的参数对拦截弹捕获逃逸区进行快速计算。通过对不同情况下的攻击区进行分析,可为助推火箭与拦截弹末制导交接班条件的研究提供便利。     

J2项摄动下的远程拦截耗尽关机中制导律设计

为实现远程高精度动能拦截,针对使用固态燃料发动机的拦截弹在强时间约束下的耗尽关机问题,本文设计一种基于通用能量管理(GEM)的闭环中制导律。该制导律首先考虑了地球非球形J2摄动项对弹道影响,改进Lambert问题求解算法,在小计算量的情况下修正了因地球扁率摄动在远程拦截长时段飞行过程中引起的需求速度求解偏差,将其精度提升一个数量级。然后在GEM基础上给出了一种能量调制角虚拟映射关系实现了能量调制初段指令平滑过渡,并改变近关机点推力定向策略解决了临近关机时指令发散问题。在制导过程中加速度计反馈环节的引入增强了对推进系统参数的鲁棒性。六自由度仿真表明,相比传统GEM制导律,该制导律精度更高,任务适应性强。     

多弹最优协同诱导突防制导律

针对多弹协同突防问题提出了一种最优协同诱导突防制导律，基于诱导碰撞策略实现有效突防。首先构建了多弹协同对抗非线性模型，并基于零控脱靶量和零控碰撞角进行线性化。然后考虑拦截弹和进攻弹均为二阶驾驶仪动力学特性条件下，将各拦截弹碰撞距离和拦截弹碰撞角扩展到状态方程中，并利用状态转移矩阵降低状态方程维度。在此基础上,设计包含碰撞角约束的快收敛扩展性能指标函数，采用碰撞时间匹配策略推导出多弹最优协同诱导解析制导律的一般形式，并给出2枚进攻弹对2枚拦截弹典型场景下的突防制导律。最后通过典型场景仿真验证了最优协同诱导突防制导律的有效性。     

基于在线轨迹规划的混合再入制导方法(英文)

针对在线轨迹规划与跟踪,提出了一种混合再入制导方法。该方法将基于航路点的分段轨迹规划与轨迹跟踪制导有效地结合起来。首先给出再入飞行器无量纲运动方程,建立制导坐标系(GCF),并推导了新坐标系下的经纬度表达式。并将再入飞行过程中各种飞行约束条件转换为控制变量约束。为了加快轨迹优化速度,设计了初始再入飞行轨迹和相关航路点,给出了基于航路点信息的分段轨迹在线规划方法。纵向飞行轨迹跟踪采用基于线性二次型调节器(LQR)的方法,横侧向制导采用横向误差走廊的方法进行控制。仿真结果显示,该方法在线轨迹规划平均计算时间小于0.2秒,且具有较高的制导精度。