基于层次评估理论的弹道导弹末段突防制导律研究

针对弹道导弹末段突防问题,应用层次性能评估体系,对弹道导弹末段典型突防制导律进行对比分析.并通过对弹道导弹制导精度、弹道导弹最大过载、弹道飞行时间和反导导弹脱靶量以及它们的均值、均方差的重要性和需求性分析,合理设置评估体系的指标及其权值,应用随机仿真分析方法,对比仿真经典比例导引、修正比例导引和变结构比例导引三种突防制导律的性能.仿真结果证明,层次评估理论可以用于弹道导弹末段突防制导律的评估及优选.     

基于预测脱靶量的远程拦截速度增益导引

 针对拦截器使用耗尽关机固体燃料发动机的情况,设计了大气层外目标拦截的速度增益导引方法。导引律中根据Lambert导引确定指令推力方向初值,利用剩余速度增量信息,计算惯性速度增益下的预测脱靶量,使用Kepler轨道摄动方程计算消除脱靶量所需的速度增益修正,根据惯性速度增益和速度增益修正之和确定指令推力方向。给出了一种计及J2项引力摄动影响的滑行段弹道预测半解析方法,减少导引律运算量,降低导引方法误差;导引律中引入了剩余速度增量测量环节,增强了导引精度对推进系统参数的鲁棒性。与传统的通用能量管理（GEM）导引相比,采用该导引律拦截远程目标时指令推力方向平稳、变化范围小,脱靶量降低了两个数量级。     

反舰导弹最优滑模制导律仿真研究

针对传统比例导引法攻击机动目标的不足,建立了三维空间中反舰导弹和目标的相对运动模型,在研究反舰导弹攻击非机动目标的最优制导律基础上,利用俯仰和偏航两个平面相叠加的方法,结合滑模控制理论设计了工程上易于实现的三维模型下的反舰导弹最优滑模制导律。仿真结果表明,给出的导引律在攻击机动目标时制导精度高、脱靶量小,导引控制过程具有良好的动态性,性能明显优于传统的比例导引律。     

一种基于滑模非奇异的反舰导弹导引律的设计与仿真

提出了一种反舰导弹滑模非奇异导引律。根据反舰导弹弹道的运动学分析方法,建立了弹目相对运动的数学模型。在非奇异理论的基础上,推导出具有带落角约束的滑模非奇异导引律。通过仿真,表明了该导引律能同时满足脱靶和落角的性能指标,具有优良的鲁棒性,脱靶量更小,精度更高。相比传统的比例导引律,具有更强的实用性和有效性。     

拦截机动目标的信赖域策略优化制导算法

针对临近空间高超声速飞行器的高速性、机动性等特性，为提高制导算法针对不同初始状态、不同机动性目标的准确性、鲁棒性及智能性，提出一种基于信赖域策略优化（TRPO）算法的深度强化学习制导算法。基于TRPO算法的制导算法由2个策略（动作）网络、1个评价网络共同组成，将临近空间目标与拦截弹相对运动系统状态以端对端的方式直接映射为制导指令。在算法训练过程中合理选取连续动作空间、状态空间、并通过权衡能量消耗、相对距离等因素构建奖励函数加快其收敛速度，最终依据训练的智能体模型针对不同任务场景进行拦截测试。仿真结果表明：与传统比例导引律（PN）及改进比例导引律（IPN）相比，本文算法针对学习场景及未知场景均具有更小的脱靶量、更稳定的拦截效果、鲁棒性，并能够在多种配置计算机上广泛应用。     

机动再入体的带落角约束扩展比例导引律设计

传统的各种制导律都是以获得最小脱靶量为最终目标,没有考虑到导弹击中目标时刻的末端落角.为了保证非自旋再入体完成精确打击目标的任务,针对非自旋再入体垂直打击目标的制导问题,设计了一种带落角约束的扩展比例导引律.仿真研究表明,所设计的末制导律能够保证非自旋再入体命中目标时的脱靶量和末端落角都能满足要求,可以为开展近空间非自旋再入体制导问题的研究提供测试平台.     

机动再入体的带落角约束扩展比例导引律设计

传统的各种制导律都是以获得最小脱靶量为最终目标,没有考虑到导弹击中目标时刻的末端落角。为了保证非自旋再入体完成精确打击目标的任务,针对非自旋再入体垂直打击目标的制导问题,设计了一种带落角约束的扩展比例导引律。仿真研究表明,所设计的末制导律能够保证非自旋再入体命中目标时的脱靶量和末端落角都能满足要求,可以为开展近空间非自旋再入体制导问题的研究提供测试平台。     

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。     

Q-learning强化学习协同拦截制导律CSCD

为实现多枚导弹协同拦截机动目标,提升拦截效能,提出了一种Q-learning强化学习协同拦截制导律。首先,基于逃逸域覆盖理论,建立了非线性多弹协同拦截模型。其次,以视线角速率为状态,依据脱靶量构造奖励函数,通过离线训练生成强化学习智能体,并结合传统比例制导控制方法,构建基于强化学习的变导引系数制导律,实时生成实现协同拦截的制导指令。最终,通过数值仿真验证了所提算法的有效性和优越性。     

复合制导中的优化制导律研究

研究了飞行器精密制导方式之一复合制导律优化问题，首先给出了采用串联式复合制导飞行器的几咱中、末优化制导律，利用文中所述改进的最速下降优化方法，选择了中制导采用最佳预测制导律，末制导制采用改进的比例导引律的比例系数Ｋ的最优值，最后结合实便进行了仿真计算。     

Short-time stability of proportional navigation guidance loop

Stability characteristics of proportional navigation (PN) guidance are analyzed by using the short-time stability criterion which is extended here to accommodate time-varying state weights and time-varying bounds of the state norm. As short-time stability is defined over a specified time interval, its application to the stability analysis of a homing guidance loop that operates up to a finite time gives more accurate results than previous studies. Furthermore, within the framework of short-time stability, zero effort miss and acceleration command, which are the most important variables determining guidance performance, can be directly related with guidance loop stability. An application to a PN guidance loop with a 1st-order missile/autopilot time lag shows that the stability condition based on short-time stability is less conservative than the previous results based on hyperstability and Popov stability     

基于微分对策的导弹攻击策略

利用建立的垂直平面内交战双方攻击模型,应用微分对策理论,得到导弹的最优攻击策略,对比微分对策导引律与比例导引律在多种仿真环境下的结果,说明在近距离交战中,基于微分对策理论的导引律设计具有更大的优越性。     

Empirical virtual sliding target guidance law design: an aerodynamic approach

We present a novel empirical virtual sliding target (VST) guidance law for the midcourse phase of a long range surface-to-air missile that uses the simplicity of the conventional proportional navigation (PN) guidance law while exploiting the aerodynamic characteristics of a missile's flight through the atmosphere to enable the missile to achieve superior performance than that achieved by conventional PN guidance laws. The missile trajectory emulates the trajectory of an optimal control based guidance law formulated on a realistic aerodynamic model of the missile-target engagement. The trajectory of the missile is controlled by controlling the speed of a virtual target that slides towards a predicted intercept point during the midcourse phase. Several sliding schemes, both linear and nonlinear, are proposed and the effect of the variation of the sliding parameters, which control the sliding speed of the virtual target, on the missile performance, are examined through extensive simulations that take into account the atmospheric characteristics as well as limitations on the missile in terms of the energy available and lateral acceleration limits. Launch envelopes for these sliding schemes for approaching and receding targets are also obtained. These results amply demonstrate the superiority of the proposed guidance law over the conventional PN law.     

An analysis of modern versus classical homing guidance

Three terminal guidance laws incorporated in a generic interceptor are compared: first- and second-order modern guidance laws (MGLs), that are matched to the second-order autopilot of the interceptor, and proportional navigation (PN). The sensitivity of miss distance (MD) between the interceptor and a target to autopilot time constant, damping ratio, and update rate is shown. For the chosen interceptor-target scenario, the second-order MGL achieves significantly improved MD over the other two guidance laws     

水下单信标导航航路规划和最优航路接近方法

相比于传统的长基线和超短基线等导航方式，水下单信标导航具有布放简单的优点，但其导航精度有待进一步提高。为此，提出了单信标导航的航路规划方案，通过泰勒级数展开推导了水平位置精度因子的表达式，并分析了导航点和声信标的相对几何位置关系对导航精度的影响，最终提出了航路规划方案。在此基础上，还提出了自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，AUV)从其他位置接近最优航路的方法，包括两部分：一是建立以时延为观测量的滤波模型，利用滤波算法实时获取AUV的位置估计值；二是基于可观测度分析结果对最优航路接近过程的轨迹进行了设计。二者的结合使得AUV高效率且高精度地逼近最优航路。仿真证明了采用所提出的航路规划方案和最优航路接近方法可以提高导航精度，航路规划方案使得AUV位置估计的均方根误差近似为2 m。     

高阶线性比例制导系统脱靶量幂级数解

脱靶量是导弹制导系统设计和评估的重要指标,对于一阶环节线性比例制导系统,可以得到脱靶量的解析解,而对于更接近实际的高阶制导系统一般得不到解析解,通常由直接仿真或伴随仿真获得;研究了高阶线性比例制导系统脱靶量的幂级数解,为脱靶量的解算提供一种新的手段。首先,构造伴随系统,假设伴随系统的解为幂级数与指数函数乘积的形式;然后,利用幂级数法给出了脱靶量的幂级数解的系数递推关系;进一步严格证明了脱靶量幂级数解的收敛性;最后针对一阶环节和高阶二项式环节等特殊制导系统,通过选取适当的指数衰减参数,得到了幂级数解系数简化的递推关系,并且一阶环节制导系统的幂级数解和解析解是一致的。在计算脱靶量时,实际用到的是脱靶量幂级数部分和,而部分和项数的确定依赖于指数衰减参数。因此,还分析了指数衰减参数对幂级数解部分和的收敛速度的影响,并给出了指数衰减参数与部分和项数的选取方法,为幂级数解的应用奠定了基础。     

基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律研究

利用虚拟目标概念和三维空间追逃模型,提出了一种基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律。该导引律能同时满足脱靶量要求和末端落角要求,保证了大空域变轨弹道的各段弹道平滑衔接。利用该导引律引导反舰导弹实现了各种形式的大空域变轨弹道。采用大空域变轨弹道有利于提高反舰导弹的机动能力和突防能力。仿真结果证明了所提出的基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律是很有效的。     

基于BDS-2/BDS-3联合处理的北斗超快速钟差预报优化策略

针对北斗卫星导航系统(BDS)钟差预报产品无法满足高精度快速服务需求的现状，提出了一种基于BDS-2/BDS-3联合估计的超快速卫星钟差预报优化策略。区别于传统两步法预报模型，利用稀疏建模方法一步求解所有模型项，并通过BDS-2/BDS-3星间相关性实现了模型系数解的增强；为进一步降低模型残差的影响，基于残差序列时空相关性，利用半变异函数重构了模型估计的权阵。为验证提出的钟差预报模型，设计了12套对比方案，实验结果表明：基于稀疏建模的钟差模型参数一步估计可略微提高钟差预报精度；通过引入星间相关性对随机模型进行精化，钟差序列一步建模可分别将BDS-2与BDS-3卫星钟差18h预报精度提升28.6%与27.2%；基于半变异函数建模的模型残差相关性提取，可实现BDS-2与BDS-3预报钟差精度8.0%与11.1%的提升。因此，提出的优化策略对当前北斗超快速卫星钟差预报产品精化具有重要意义。     

Impact time control using biased proportional navigation for missiles with varying velocity

A feasible guidance scheme with impact time constraint is proposed for attacking a stationary target by missiles with time-varying velocity. The main idea is to replace the constant velocity with the future mean velocity; therefore, the existing time-to-go estimation algorithm of the proportional navigation guidance law can be improved to adapt to varying conditions. In order to obtain the prediction of the velocity profile, the velocity differential equation to the downrange is derived, which can be numerically integrated between the current downrange and the target position by the on-board computer. Then, a third-order polynomial is introduced to fit the velocity profile in order to calculate the future mean velocity. At the beginning of each guidance loop, the future mean velocity is predicted and the time-to-go information is updated, based on which a novel biased proportional navigation guidance law is established to achieve the impact time constraint. Finally, numerical simulation results verified the effectiveness of the time-to-go estimation algorithm and the proposed law.     

Optimal pure proportional navigation for maneuvering targets

The optimal pure proportional navigation (PPN) guidance law with time-varying navigation gains is considered. Unlike the conventional optimal PPN approach where linearized model was assumed in the optimization process, this work exploits the exact nonlinear formulation of PPN to derive analytically the optimal time trajectory of the navigation gain to minimize a performance index which is a weighted sum of the final time and the integral of the squared acceleration. It is verified that the PPN scheme with constant navigation gain is not only optimal in the vicinity of the interception point, but also optimal for the whole trajectory, if the navigation constant is designed by the methodology proposed here. Based on the optimization results for nonmaneuvering targets, a recursive optimal PPN scheme is proposed for maneuvering targets, wherein the optimal navigation gain and time-to-go are predicted recursively during the interception, and trajectory and performance of the interceptor guided by optimal recursive PPN scheme are evaluated analytically.