迭代制导在运载火箭上的应用研究

迭代制导是直接终端制导，是运载火箭路线自适应制导方法的一种。从20世纪60年代末开始，在运载火箭上得到了广泛的应用。它的主要特点是制导精度高、任务适应性强、箭上飞行软件简单、对地面诸元准备要求相对较低。迭代制导基于火箭自适应制导的基本原理：即对于确定的目标轨道，最优飞行程序是瞬时飞行状态和瞬时视加速度的复杂函数，利用简化形式下最优控制求解的必要条件，对火箭末级的关机时间进行迭代，可以得到一套解析制导方程。基于运载火箭的实际飞行情况，建立了迭代制导的工程计算模型，并结合某型号进行大量的实例计算分析，对迭代制导的制导精度、自适应能力等方面进行研究。     

固体火箭的鲁棒自适应耗尽关机制导方法研究

针对固体火箭的耗尽关机制导问题,提出了一种基于闭路制导和零射程线相结合的自适应耗尽关机制导方法,该方法首先利用闭路制导技术,使待增速度快速收敛;随后基于零射程线理论,设计了对关机时间变化不敏感的零射程线能量耗散管理导引律和末速精调导引律,提高了耗尽关机方法在推力、秒耗、关机时间随机摄动条件下的鲁棒性和自适应性以及制导精度,从而拓展了耗尽关机显示制导方法的工程化应用.     

大气层外拦截弹中段制导研究

大气层外拦截弹中制导的终端约束是拦截弹处于零控拦截流形上。针对目标与拦截弹引力加速度差的几种简化模型,推导了相应的零控拦截流形表达式,并进行了定量的精度分析。在此基础上,针对耗尽关机的固体燃料发动机,设计了基于剩余速度增量的制导律。通过构造虚拟剩余速度增量映射避免了剩余速度增量带来的计算奇异,并提高了制导精度对装药燃速偏差的鲁棒性。仿真表明,采用该制导律推力方向平稳,制导精度与相应的零控拦截流形精度相当且鲁棒性好。     

大气层外拦截器关机基准制导法研究

大气层外拦截问题中 ,针对拦截弹飞行中段采用工作时间固定的固体燃料发动机的情况 ,提出一种关机基准中段制导方法。当发动机的推力特性给定时 ,通过估计关机时刻目标相对于拦截弹的运动状态 ,按照关机时刻相对速度垂直于视线方向的分量为零的原理来确定推力矢方向。仿真计算表明 ,对于拦截近程弹道目标的情况 ,这种制导方法可有效降低拦截脱靶量     

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。     

考虑零控交班视窗角约束的拦截中制导设计

针对临近空间防御作战问题,提出了一种考虑零控拦截和交班视窗角约束的中制导算法。首先基于零引力差假设分析了中末交班零控拦截条件,利用该条件可将零控拦截和交班视窗角约束向终端状态约束进行转化,为多约束中制导设计提供了更简便的思路;通过引入低维权重矩阵及控制量的谱表达式,推导了一种时间固定下的广义拟谱模型预测静态规划算法,并结合Legendre伪谱法和自适应Gauss-Lobatto积分,提高了算法计算效率,最后将其用于本文中制导设计。仿真结果表明:本文设计的中制导算法能满足零控交班约束,所需控制成本较小,制导精度和计算效率较高,且通过Monte Carlo打靶分析,在满足实时性要求前提下,对初始状态扰动和参数摄动情况仍具有较强鲁棒性。     

具有轨道倾角和最大高度约束的耗尽关机闭路制导

快速响应空间固体运载火箭轨道转移级以最大限度利用能量而非消耗能量为目的进行耗尽关机制导,基于椭圆轨道理论和牛顿迭代法,提出了一种适用于具有轨道、制导多种约束的耗尽关机闭路制导方法,通过实时寻找需要推力方向,充分利用轨道转移级能量,导引上面级进入具有给定轨道倾角和最大高度约束的转移轨道,同时实现耗尽关机.理论推导和数学仿真表明,本文提出的制导方法能在耗尽关机条件下实现对转移轨道的高精度控制.     

自适应预测补偿的迭代制导方法及其应用研究

针对迭代制导完成后入轨参数或终端程序角修正问题,研究一种基于模型参考的自适应预测补偿迭代制导算法在运载火箭上的应用。该算法在经典迭代制导算法的基础上,根据预测的迭代终端程序角和飞行视加速度的参考模型,对关机点参数进行补偿,依据补偿后的终端指标重新规划飞行轨迹,进而得出满足入轨参数或终端程序角偏差修正的制导指令,提升迭代制导对入轨参数偏差或终端程序角的修正能力。此外,阐述了经典迭代制导的基本算法,概括了自适应预测补偿迭代制导算法的基本原理,并以大推力直接入轨、终端程序角大偏差以及满足终端程序角约束为例,给出相应工况的自适应预测补偿的迭代制导算法。仿真结果表明：该算法对入轨参数和终端程序角偏差具有一定的修正能力。     

行星动力下降多约束最优反馈制导方法

为实现行星定点着陆，针对E制导和零控位移偏差/零控速度偏差(ZEM/ZEV)制导的不足，提出多约束下动力下降最优反馈制导方法。首先，在分析E制导性质的基础上，提出制导时长初值的高效选取方法和基于预测校正的优化方法，经少量迭代实现在推力范围受限且连续变推力约束下推进剂消耗接近最优。接着，提出基于碰撞规避时长和推力优化分配律的地平碰撞规避方法，并在此基础上利用坐标系旋转，给出满足下滑角约束的碰撞规避方法，显著提高碰撞规避能力和着陆点可见性。之后，提出匀速转动制导和基于预测校正的组合制导参数规划方法，使制导终端扩充满足加速度约束。最后，数学仿真表明新方法有效，多约束适应性强，计算量相对小，适合工程应用。     

基于零控脱靶量的大气层内拦截弹制导律

本文基于零控脱靶量的概念,提出了一种用于拦截螺旋机动弹道导弹的末制导律。首先,在     

一种用于导弹末制导的线性化控制方法

针对包含未知参数的导弹运动非线性模型,提出了一种用于末制导的线性化反馈简化控制方法。在模型中引入附加加速度输出,通过消除内反馈和零极点以输入-输出的近似线性控制导弹的非线性运动。给出了控制模型及其构成。仿真结果表明,该方法的反应速度快、稳定性好,控制精度满足要求,可用于导弹跟踪飞行控制。     

基于需要轨道的导弹最优迭代制导方法

提出了一种基于需要轨道的导弹最优迭代制导方法,以标准弹道上某点建立需要轨道并确定入轨点参数,通过弹上迭代制导实现最优入轨控制,给出了计算模型。该制导方法无需修正地球扁率和再入阻力的影响,可减小方法误差。仿真计算结果证明方法正确。     

具有直接侧向力的拦截导弹复合制导控制设计

针对大气层内直接侧向力与气动力复合控制拦截导弹,提出了一种基于输出稳定的复合制导控制策略。该策略同时考虑了末制导精度和弹体动态响应,首先根据末制导系统数学模型选择零效脱靶量和弹体角加速度作为系统评价输出,然后计算维持末制导系统评价输出在零点所需要的控制量,最后在考虑不确定性和外加干扰的情况下,扩展附加切换控制,使得系统评价输出能够在有限时间内到达零点并确保闭环系统稳定。仿真结果表明,利用所提复合制导控制策略,在制导末段拦截高机动目标时达到了很高精度。     

防空导弹精确制导控制研究

基于主动雷达导引头技术和直接侧向力发动机控制技术,对防空导弹精确制导控制进行了研究.分析了主动雷达导引头给出预测脱靶量和脱靶方位信息,设计了直接侧向力控制方案,对导弹飞行速度、飞行高度、飞行姿态等因素对直接侧向力作用效果的影响进行了分析,研究表明,该方法能够有效减小脱靶量,提高防空导弹制导精度.     

BTT导弹的最优导引规律

本文假定自动驾驶仪及弹体的动态特性为一阶环节,考虑了目标机动和导弹的姿态,用工作点线化方法,得到了以脱靶量和控制总能量为最小的二次型性能指标及以法向加速度和滚动角速度为控制变量的BTT导弹的最优导引规律。用简化模型进行了数值仿真计算,结果表明所推导的导引规律,可以拦截机动目标,具有良好的导引精度,有一定的工程实用价值。     

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。     

一种非线性最优导弹制导律

以质点飞行器的非线性运动方程为基础，研究了导弹拦截目标问题。运用线化变换理论和线性二次型微分对策理论，导出了导弹和目标的最优控制策略，对导弹最优策略进行了综合分析，给出了一种可以实时实现的最优制导律。并以某型中远程地－空导弹的气动数据和数学模型为基础，进行了全弹道拦截数字仿真，仿真结果表明：该制导律在减少终端脱靶量方面比空间比例导引的效果好。     

基于连续有限时间控制技术的导引律设计

针对导弹末段制导问题,提出了一种基于连续有限时间控制技术的导引设计方案.首先,利用有限时间Lyapunov稳定性理论,设计出一种连续有限时间导引律.该导引律使得:当目标不作机动时,视线角速率会在有限时间内收敛到零;当目标机动时,视线角速率会收敛到原点附近的一个小邻域内.其次,考虑到有限时间控制系统在离原点较远处状态趋近平衡点速度慢的特点,在导引律中引入了线性状态反馈项来改善闭环系统的收敛性能.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于进化策略的导弹模糊制导律设计

由于导弹制导和控制系统的时变性、非线性和不确定性以及目标加速度的随机性等特点，以制导和控制系统精确数学模型为基础的常规制导律难于满足现代高性能制导系统要求。利用模糊逻辑不依赖对象精确数学模型、对知识具有很强的综合表达和逻辑推理等特点，综合了模糊比例制导律。并基于最优制导性能指标，利用进化策略对制导规则进行了优化。将定性和定量综合集成起来，具有比例制导的简易性，又有最优制导的高性能。实现了自适应变比例导航系数的比例制导律，具有较高鲁棒性和智能化程度，仿真结果表明了该方法有效性。     

高阶控制导弹线性二次型微分对策制导律

基于微分对策双边优化理论,给出了一种一般形式线性二次型微分对策制导律,该制导律可适用于具有任意阶控制的拦截导弹和目标的系统综合分析.由于该一般形式制导律具有解析解,针对一类具有一阶正当传递函数的拦截导弹进行了制导律的验证和仿真,推导了该情形下的微分对策制导律,并进行了制导增益和对策空间的分析,研究了鞍点解存在的条件.仿...