单兵火箭弹捷联导引滤波方法研究

为降低单兵制导火箭弹的成本,同时确保其具有较高的命中精度,进行了单兵火箭弹捷联导引滤波方法研究。首先,推导了视线角速度的解耦公式,去除了导引头测量信息中耦合的弹体姿态信息;然后,建立了视线运动方程和测量模型,为了解决测量信息与弹目距离和接近速度的弱相关性,使用一个时变Gauss-Markov随机向量代替视线运动方程中的非线性部分,采用UKF滤波方法得到可用于制导控制律设计的视线角速度的实时估计值;最后,通过正交仿真验证了所设计的单兵火箭弹捷联导引滤波方法的可行性。     

静不稳定制导火箭弹控制系统设计

选取鸭式布局结构制导火箭弹作为研究对象,从改善制导火箭弹的飞行性能的要求出发,对静不稳定火箭弹自动驾驶仪进行了设计,对弹道上不同飞行高度和不同飞行速度条件下的自动驾驶仪响应进行仿真研究,结果表明,所设计的自动驾驶仪能够保证控制系统的性能稳定。     

基于单纯形优化算法的火箭弹增程研究

针对火箭弹增程问题,提出了以攻角为优化变量的实时优化方法。基于制导弹药的纵向平面模型,建立了制导火箭弹弹道模型,采用改进单纯形优化算法在 SIMULINK中实现了函数子模块优化,对某型制导火箭弹弹道进行实时优化仿真。结果表明:采用改进单纯形的攻角实时优化,可以在保证火箭弹飞行稳定性的前提下有效增加火箭弹射程,且增程率达到 74.3 %,对火箭弹增程研究具有一定指导意义。     

空-空导弹全向攻击最优制导规律研究

 将发射瞬时所确定的平行接近弹道作为基准弹道,由于各种干拢所引起的相对于基准弹道的偏离作为偏差来处理;用最优控制理论导出空-空导弹进行全向攻击的最优制导律,此制导律包含目标加速度反馈。当目标作非机动飞行时,最优制导律是一种变比例系数的比例制导。数字仿真结果表明:在相同条件下,最优制导弹道需用过载、终端脱靶量均小于比例制导,特别是从目标前方攻击时,其制导精度大大优于比例制导。     

制导火箭弹起控时间对规划弹道的影响

以制导火箭弹飞行过程中能量损失最小为代价函数,利用高斯伪谱法构建最优控制模型,在弹箭中制导阶段寻找最优性能指标下的规划弹道,分析弹道规划起始时间对火箭弹末速的影响,得到各弹道诸元随不同起始规划时刻变化的曲线图。仿真结果表明:弹道规划起控时间对中制导阶段弹箭末速影响比较明显,最大可使其减少11%左右,与靶场初步试验结果相吻合。     

火箭弹垂直发射动力学建模与仿真

首先建立了火箭弹垂直发射的弹道模型,然后研究了升阻比、弹道倾角等参数的变化对火箭弹射程的影响,并分别对这两种情况进行了仿真。仿真结果表明,滑翔飞行时,在一定程度上增大了升阻比,有助于增大火箭弹的射程;另外在转弯结束时,弹道倾角的变化对火箭弹射程也有一定影响。     

面-面火箭弹增程与突防研究

阐述了面-火箭弹增程及突防设计原理,建立了导弹弹道仿真模型.通过飞行数值仿真比较了常规火箭弹和滑翔增程导弹的弹道特性,验证了面一面火箭弹通过滑翔增程的可行性.重点研究了滑翔增程弹分导式多弹头突防的可行性及分弹头弹道特性,并分析了该突防方案的突防概率,对今后面-面战术导弹研究有着重要的意义.     

一种瞬时圆周加速度制导律设计

为了保证导弹攻击目标的精确性,根据平面弹道的几何特性,设计了一种输出指令为过载的瞬时圆周制导律.描述了瞬时圆周加速度制导律原理,详细推导了制导方程.利用导弹质心和目标质心的位置及速度信息,得出导弹攻击目标的过载制导指令,并进行了弹道仿真.仿真结果表明,所设计的瞬时圆周加速度制导律不仅能够保证导弹准确命中目标,而且弹道平...     

高超声速飞行器俯冲段制导控制一体化设计方法

针对高超声速飞行器高速俯冲飞行段制导控制系统设计问题,建立了俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型,提出了一种新颖的六自由度(6DoF)制导控制系统设计方法。基于目标-飞行器三维空间相对运动模型和坐标系转移关系建立了三维全耦合俯冲相对运动模型,推导得到了飞行器加速度在弹道坐标系三轴的分量与飞行器三通道角速率间的解析模型,进而结合飞行器绕质心动力学模型建立了以气动舵偏角为控制输入的俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型。该制导控制一体化低阶设计模型降低了俯冲飞行段制导控制系统的模型阶数,减少了六自由度制导控制系统的设计参数,省略了传统设计方法中根据期望过载反求气动欧拉角的过程;同时利用解析模型替代了传统方法中姿态控制环路的跟踪控制过程,简化了制导控制系统的设计流程,为制导控制一体化设计提供了一种新的分析思路。数值仿真结果验证了本文提出的制导控制一体化设计方法的有效性和鲁棒性。     

基于粒子群优化算法的火箭弹弹道研究

针对制导火箭弹滑翔增程问题,文章提出了以攻角为优化变量的解决方法;基于火箭弹的四自由度模型,结合粒子群优化算法,提出了火箭弹射程优化模型并建立了约束条件。对某制导火箭弹弹道进行优化仿真,所得到的结果表明:通过控制火箭弹攻角的变化规律,能够有效增加火箭弹的射程。因此,文章所提出的攻角控制方法是可行的。     

基于锥形运动的制导火箭速度控制导引律设计

针对制导火箭落点速度的约束要求,提出了一种采用锥形运动控制导弹飞行速度的导引方法。该方法首先设计了满足速度约束的虚拟目标理想运动轨迹,将导弹减速控制问题转化为对虚拟目标的追踪导引问题,通过建立制导火箭与虚拟目标的相对运动模型,分析了弹目相对位置和相对速度的关系,推导了具有速度控制的导引律一般形式,并采用动态逆控制理论设计了锥形运动控制指令和导引参数。通过数字仿真对比了不同落角约束条件下导弹锥形运动的速度控制效果,结果表明该方法设计的导引律能够满足制导火箭速度约束要求,且制导精度高、控制效果好,为导弹锥形运动速度控制技术提供了参考。     

Variational method based robust adaptive control for a guided spinning rocket

In this paper, a robust adaptive controller is designed for a guided spinning rocket, whose dynamics presents the characteristics of pitch-yaw cross coupling, fast time-varying aerodynamics parameters and wide flight envelop. First, a coupled nonlinear six-degree-of-freedom equation of motion for a guided spinning rocket is developed, and the lateral acceleration motion is modeled as a control plant with time-varying matched uncertainties and unmodeled dynamics. Then, a robust adaptive control method is proposed by combining Bregman divergence and variational method to achieve fast adaption and maintain bounded tracking. The stability of the resulting closed-loop system is proved, and the ultimate bound and convergence rate are also analyzed. Finally, numerical simulations are performed for a single operating point and the whole flight trajectory to show the robustness and adaptability of the proposed method with respect to time-varying uncertainties and unmodeled dynamics.     

圆弧预测变系数显式拦截中制导

为了满足临近空间机动目标拦截中制导预测和多约束要求，设计了一种基于圆弧预测的变系数显式拦截中制导方法。首先针对临近空间目标滑翔段飞行特性，提出了基于圆弧的几何目标预测方法，将目标机动轨迹近似为圆弧，通过多个间隔时刻的目标位置确定圆弧参数，依据圆弧预测轨迹估计剩余飞行时间，并以当前速度递推预测拦截点状态，进而推导了三维角约束显式制导律。在此基础上，通过在性能指标中构建动压权重函数，以飞行动压近似可用过载变化，设计了变系数显式制导律，实现了制导增益的自适应更新，从而可以使得需用过载在飞行全程中合理分配，满足可用过载约束。最后结合圆弧预测和变系数显式制导，实现了对机动目标的预测拦截。仿真结果表明所提方法具有较好的目标预测精度，而且可以满足终端交会角以及可用过载约束。     

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.     

Detection of Projectiles by Electric Field Measurements

A number of various physical mechanisms cause aircraft, missiles, and projectiles to he electrically charged during free flight. The electric charge is in the 10-6 C range for aircraft and in the 10-10 C range for projectiles. The electric field thus transported provides information by which measuring the position and velocity of a projectile is possible. A measuring device is described to determine the position of a projectile in free flight while it is passing a target plane. The electric field distribution is measured by means of three electrodes in the manner of metal plates which are positioned in the proximity of the trajectory of the projectile. A mathematical formula can be derived to describe the coherence between the values measured of the electric field strength and the coordinates of the projectile. This measuring device consists of the target plane, 1 × 1 m2 in size, and the electric device controlled by a microprocessor. The measuring system has been tested with projectiles of the 4-30 mm caliber range and at velocities within the 50-1100 m/s range. The accuracy of the coordinates measured was found to be ± 7.5 mm.     

微小型直升机非线性鲁棒控制器设计

针对含有未建模动态的微小型直升机非线性模型,设计了基于反步法和自适应模糊系统的自主飞行控制器.该控制器包含两个回路:航迹控制外回路和姿态控制内回路.外回路通过旋转矩阵实现对内回路姿态的控制,而非传统的欧拉角或姿态四元数.控制器采用自适应Takagi-Sugeno(TS)模糊系统在线补偿系统未建模动态的影响,并利用反步法完成控制器综合.所设计的算法在确保整个控制系统稳定性的同时又可保证系统能够有效应对未建模动态的影响.系统仿真结果表明,在盘旋上升飞行模态下控制系统能够快速准确地跟踪预设轨迹,并且具有良好的鲁棒性能.     

圆形轨迹导引下的无人机事件触发抗干扰环绕控制

针对内部不确定性以及外部环境摄动的目标环绕控制问题,在基于反步法的双层制导框架下,利用级联控制思想,提出了一种圆形轨迹导引下的四旋翼无人机事件触发抗扰环绕控制方法。在轨迹回路中,构建了可满足持续激励条件的目标位置估计器,保证仅通过视线方位角就能获取可满足最终一致有界条件的目标估计项。随后,基于目标的位置估计结果,设计了目标环绕控制律生成线速度指令,并通过方向向量场验证了该环绕制导律的有效性,消除了现有李雅普诺夫向量场制导(LVFG)对相对位置和目标速度的依赖。在姿态回路中,通过采用扩张状态观测器(ESO)补偿系统的集总不确定性,设计了基于相对阈值事件触发控制的姿态控制器,在有效降低控制器到执行机构之间信号传输频率的同时,实现了四旋翼无人机对静止/移动目标环绕。然后,借助输入状态稳定性定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够实现圆形轨迹导引下四旋翼无人机对静止/移动目标的环绕监视。