周期平均控制下固定翼双旋弹角运动特性分析

针对应用在固定翼双旋弹上的一种周期平均控制方法，通过对弹体修正组件滚转角进行傅里叶变换，得到了双旋弹在周期平均控制下角运动方程的模型，进而分析了周期平均控制下固定翼双旋弹的角运动响应，并根据双旋弹角运动特性和执行机构的性能限制给出了周期平均控制角频率的设计方法。引进2种具体的周期平均控制方案作为分析对象，并通过六自由度弹道仿真进行了验证。结果表明，对固定翼双旋弹角运动响应的分析能够反映周期平均控制的特性，周期平均控制角频率的设计方法可以设计出合理的角频率。     

固定翼双旋弹动力学分岔特性分析

针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹,对其非线性动力学进行了分岔特性分析,并在此基础上研究了各系统参数对其动力学分岔特性的影响。根据固定翼双旋弹非对称的特点,通过数值计算方法研究其飞行过程中平衡点随同向鸭翼安装角的变化规律,通过系统的分岔图得知系统具有三组稳定平衡点,其中只有一组平衡点为理想可行的稳定平衡点,因此需限定同向鸭翼安装角的范围以使固定翼双旋弹保持稳定飞行。在此基础上针对固定翼双旋弹弹道修正组件周期旋转和转角固定两种工作模式,通过各系统参数下的系统分岔图总结了固定翼双旋弹结构及气动力参数对其动力学系统分岔特性的影响。仿真结果表明,固定翼双旋弹的各气动力参数及飞行速度均对系统的分岔特性具有较大影响,应合理选定这些系统参数以使其具有良好的气动特性。     

基于周期平均的固定舵双旋火箭弹控制方法

对一类具有固定舵偏角的双旋弹,基于周期平均的思想推导了平均控制力幅值与执行机构电机旋转轨迹的关系,并据此提出一种使周期平均控制力幅值和方向可调的方案,分析了该方案对执行机构电机的性能要求。以双旋火箭弹为模型,通过七自由度(DOF)弹道仿真,对双旋火箭弹在该方案下的侧向修正能力、高度控制效果和落点控制效果分别进行了分析以验证该方案的可行性。结果表明:相比于在飞行过程中若干次使舵面停于所需方位的传统控制方式,基于周期平均的控制策略可以使平均控制力幅值和方向连续变化,实现固定舵双旋弹制导与控制。     

基于终端落角和加速度约束的末制导律设计

为了提高导弹末制导的打击精度和毁伤程度,设计了基于剩余时间多项式的满足终端落角约束和终端加速度为0的制导律。经过反馈线性化将弹目方程变成线性形式,通过满足具体的终端约束求解了制导律的系数,得到满足各种约束的易于工程实现的新制导律。利用闭环轨迹解给出了一种有效求解弯曲弹道剩余时间的方法。最后通过弹道仿真和对比试验验证了该制导律的可行性。与现有文献相比,该制导律不仅满足高精度制导的需要,而且对末端迎角控制和早期弹道修正具有较大优势。     

低旋鸭式弹道修正火箭弹控制力与控制方法研究

针对单通道鸭式弹道修正火箭弹,分析了控制力的产生原理,提出了一种新的舵偏控制方法。简述了弹道修正火箭弹的系统组成和工作原理;根据弹体滚转特性,采用周期平均法确定了弹体在俯仰通道和偏航通道的控制分量;基于周期平均力产生的原理,确定舵机换向的次数、换向相位的选择方法,提出了零位过渡的舵偏控制方法,减小舵机瞬时偏转带来的扰动和对稳定性的影响;对比修正能力,采用正弦舵偏控制方法,确定了控制力的最终算法。最后,通过半实物仿真试验验证,表明正弦舵偏控制方法具有很好的可行性和有效性,能够实现良好的响应速度和控制精度,为后续的制导控制设计提供了有效的理论和技术支持。     

一种变射面飞行导弹的弹上迭代制导方法

针对变射面飞行的弹道导弹,制导方法需要满足射面变换起控点的位置、速度和姿态要求。提出了一种变射面飞行导弹的弹上迭代制导方法,以各射面弹道终点的弹道倾角为约束,弹上迭代计算虚拟目标和需要速度,求取导引姿态角进而进行导引控制。仿真算例表明,该制导方法能够实现变射面飞行的制导控制要求,且方法误差较小。     

比例型激光弹弹目初始偏差角对投放效果的影响分析

为了提高比例型激光弹的命中率,研究了激光末制导炸弹投放流程、比例导引制导律原理和几何关系,建立了含激光半主动陀螺式导引头动力学模型和线性弹体动力学模型的激光弹比例导引制导回路模型。将不同的弹目初始偏差角带入回路模型中进行仿真,得到了弹体参数曲线。分析结果显示,随着弹目初始偏差角的减小,制导时间、最大法向位移、法向过载和导引头进动角速度均在减小。因此,激光弹投放时应选择使弹目初始偏差角最小的投放弹道,可以达到较优的投放效果。     

领弹控制下的多导弹时间协同三维制导律

采用领弹一被领弹策略,在三维空间内设计了一种多导弹时间协同制导律。领弹在俯仰和偏航2个通道都采用增广比例导引,而被领弹在俯仰通道采用增广比例导引,但在偏航通道采用机动控制。该机动控制使被领弹与领弹在偏航面内达到时间协同,即在偏航面内被领弹与领弹的弹道曲率大小（相对于速度而言）趋于一致。俯仰通道上的增广比例导引使被领弹与领弹在该通道上的前置角逐渐趋于0,致使它们的弹道完全落于偏航面内,最终实现被领弹与领弹的协同,这意味着被领弹按照领弹的攻击时间攻击目标。在设计被领弹偏航通道的机动控制指令时,采用了动态逆方法。仿真结果验证了方法的有效性。     

基于虚拟拦截点的预测制导算法设计

针对临近空间拦截弹中制导段大部分所处空域空气稀薄的情景,提出一种基于虚拟拦截点的预测制导直接力修正算法。首先,为提高预报速度,利用弹道拟合法对再入段的滑翔弹道进行快速预报;其次,利用预报弹道的终点和预测拦截点的几何关系得到虚拟拦截点,针对虚拟拦截点解二体Lambert问题以确定变轨需用速度,并依据此速度预报弹道,解算零控脱靶量;最后,经多次预报后得到零控脱靶量最小的虚拟拦截点,以此确定最终变轨需用速度并利用速度增益进行修正。仿真结果表明,与无虚拟拦截点修正的策略相比,针对虚拟拦截点的拦截修正方法有效减少了发动机燃料消耗和零控脱靶量,更好地满足中制导能量约束和精度要求。     

基于虚拟视角约束的机动目标拦截制导方法

为使导弹能够以一定的末端攻击角度对机动目标进行拦截，提出了一种带有终端虚拟视角约束以及终端视线角约束的机动目标拦截制导方法。基于速度系各运动矢量之间的变换关系，建立了虚拟相对运动坐标系下的非线性模型，并将线性模型中多项式制导的思想创新性地引入到非线性模型中，通过末端虚拟视角约束以及末端视线角约束对关于弹目距离的多项式虚拟控制量进行求解，并根据虚拟矢量与运动矢量之间的变换关系得到速度系下的加速度指令表达式。针对不同制导系数、不同末端攻击角度及不同类型的机动目标等条件进行了仿真验证，同时与弹道成型制导律进行了仿真对比。仿真结果表明，所提出的制导律可以使导弹以期望的攻击角度拦截机动目标，末端虚拟视角收敛为零，避免了末端指令饱和现象。     

Impact point prediction guidance based on iterative process for dual-spin projectile with fixed canards

The fixed canards configuration of a dual-spin projectile makes it difficult to apply the traditional guidance law. In this study, a modified impact point prediction guidance strategy based on an iterative process was developed for a class of dual-spin projectiles with fixed canards, to reduce the impact point dispersion. The guidance strategy is dependent on the modified projectile linear theory to rapidly predict the flight states and the impact point. For projectiles with control applied to the trajectory, the modified projectile linear theory method is known to achieve poor impact point prediction. To improve the prediction accuracy, improvements were made to the modified projectile linear theory by considering the products of the yaw rate and other small quantities. The guidance strategy is based on the iterative process for the continuous adjustment of the expected output of the roll angle of the course correction fuze, to minimize the direction error between the predicted impact point and target location. Studies were conducted on a model dual-spin projectile configuration to demonstrate the guidance details. The numerical simulations indicate that the proposed guidance strategy can effectively reduce the projectile impact point dispersion.     

单推力航天器交会对接轨迹规划及跟踪控制

针对单推力航天器交会对接问题，提出一种轨迹规划及跟踪算法。首先，考虑到追踪航天器只沿本体X轴安装推力器，且推力方向固定，为了实现从起始位置转移至期望位置并满足姿态要求，基于三维螺旋线设计两阶段转移轨迹，根据初末位置以及末端速度方向要求，求解螺旋线参数。该螺旋线可以保证在初末速度方向固定情况下，曲率积分最小。其次，为了降低轨迹跟踪难度并减小初始时刻的位置跟踪控制力，需要将转移轨迹初始速度与追踪星X轴重合。传统螺旋线无法满足该约束条件。本文对传统螺旋线进行改进，提出一种旋转螺旋线轨迹设计方法。通过引入姿态旋转矩阵，将螺旋线在三维空间旋转，在不改变曲线形状的前提下满足初末位置及速度方向要求。然后，为了跟踪转移轨迹以及跟踪期望推力方向，提出基于CLF（Control Lyapunov Function）的滑模控制策略，当追踪星X轴与期望推力方向夹角较大时，采用CLF，保证最优性；当姿态误差收敛至滑模面附近时，切换为滑模控制，以提升系统鲁棒性。最后，通过仿真验证旋转螺旋线相比于传统螺旋线的优势。     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。     

基于虚拟目标点制导的误差分析

基于标准弹道确定的虚拟目标点位置在弹道小扰动的情况下能够确保闭路制导的精度,但是在弹道大扰动时,虚拟目标点位置修正误差变大,能否保证闭路制导的精度值得探讨。通过给弹道一个大扰动进行了弹道仿真,结果表明,弹道大扰动会引起闭路制导的方法误差变大。     

1种满足控制计划要求的凸轮型面设计方法

针对液压机械控制装置要求按给定的稳态控制计划设计杠杆、凸轮、弹簧等结构性能参数的问题,采用了考虑离心飞重块工作在燃油中的浮力效应和液体离心力效应对离心飞重换算轴向离心力的修正方法,精确地计算了转速摆动活门的转速-弹簧位移关系的输入输出特性;利用转速给定装置凸轮杠杆机构的叠加特性解决了油门杆角度和发动机进口温度同时变化时相关的控制计划反映在指令弹簧上的位移计算问题;同时从刚架的运动特性规律中抽象出几何不变性,提出了1种按控制计划的不同要求对转速指令凸轮、慢车温度修正凸轮和大车温度修正凸轮进行设计的方法.设计的凸轮按其内在的输入输出特性关系通过各模块之间的信息传递关系以液压机械的控制方式实现了发动机所要求的复杂转速控制计划,对这一设计方法进行了对比验证,可满足设计要求,具有通用性.     

被动式寻的导弹的运动跟踪变结构制导

应用运动跟踪变结构控制理论设计被动式寻的导弹的制导律。这种运动跟踪变结构制导律（ＭＴＶＳＧ）可以令导弹－目标相对视线角速度按照给定的运动规律变化,从而增强被动跟踪问题（等价于一个非线性系统）的可观性,同时保证导弹有很高的命中精度。仿真研究表明,在ＭＴＶＳＧ下,系统的可观性明显增强,因此系统状态的估计精度较高。进一步的研究表明,ＭＴＶＳＧ对系统状态估计误差有很强的鲁棒性。ＭＴＶＳＧ的上述各种优点使得导弹有很高的命中精度。     

基于标准弹道点的最优制导方法

由于基于需要速度的显式制导方法要确定虚拟目标点,虚拟目标点的确定要对地球扁率和再入阻力的影响进行修正,存在着百米以上的修正误差,为此提出了基于标准弹道点的最优制导方法,即将标准弹道的某点作为目标点进行需要椭圆轨道计算及最优入轨控制。提供了采用弹上迭代制导方法实现最优控制,同时给出了预测关机参数的需要椭圆轨道终端约束校正方法。该制导方法无需进行地球扁率和再入阻力的影响修正,可以减少方法误差,仿真计算证明了这一点。     

Kalman Estimation and Control of Dual-Spin Satellites

lt is necessary to maintain the spin axis of dual-spin geostationary communications satellites with nontracking ground antennas to within 0.1 degree of the orbit normal by periodic attitude corrections. Normally, the data for attitude estimation are determined from the analog sensor waveforms telemetered to the ground station. This information is supplied to the attitude determination program, which processes the data and outputs the right ascension and declination of the spin axis. An application of the extended Kalman/ filter in estimating the attitude of dual-spin geostationary satellites is presented. The precession of the angular momentum vector by the solar radia-tion torque is considered to be the only natural attitude perturbation. The orbital dynamics are considered to be known and are decoupled from the attitude dynamics. A periodic attitude control policy is then derived.