大气层外拦截弹中段制导方法研究

针对大气层外拦截弹飞行中段采用固体燃料发动机，且关机后需要经过较长的无控滑行段才能进入末制导段的情况，提出一种基于拦截弹修正能力，且考虑无控滑行段拦截弹与目标引力差影响的中制导律。仿真表明，采用该制导律的拦截弹在发动机工作期间推力方向变化平稳，且可获得较高的制导精度。     

针对大气层外目标的双弹协同拦截中制导律设计

论文以大气层外弹道导弹目标为研究对象,考虑拦截弹中段发动机推力固定耗尽关机方式,针对多拦截弹拦截目标问题,提出一种基于零控脱靶量的双弹协同拦截中制导律。在基于零控脱靶量的中制导律的基拙上,以两枚拦截弹的预期拦截点作为协调变量,在两枚拦截弹在零控脱靶量满足末段制导要求情况下,调整两弹的预期拦截点使其一致。分析满足协同拦截的两枚拦截弹的中段初始条件,设计了相应的应对策略。该制导律具有通信负担低,鲁棒性较强的特点。仿真算例表明,所设计的双弹协同中制导律可以有效协调两枚拦截弹实现协同拦截。     

考虑目标安全性的最优协同拦截制导律研究

针对目标和其发射的拦截弹对来袭攻击弹进行协同拦截问题,设计了一种最优协同拦截制导律。建立描述目标、攻击弹和拦截弹三者相对运动关系的模型,引入零控脱靶量对模型进行降阶处理。考虑拦截弹对攻击弹的拦截精度、拦截末端时目标的安全性以及目标、拦截弹的控制能量问题,基于攻击弹-拦截弹零控脱靶量、攻击弹-拦截弹终端横向相对运动速度零控脱靶量、目标-攻击弹零控脱靶量以及目标和拦截弹的加速度,建立了性能指标函数,同时考虑目标和拦截弹加速度的有限性,基于极小值原理设计了最优协同拦截制导律。仿真结果表明,相比目标和拦截弹独立飞行的情况,采用协同拦截制导律,在考虑了目标安全性的前提下,机动性较弱的拦截弹能够以较平直的弹道成功拦截攻击弹。     

基于零控脱靶量的大气层外拦截中制导研究

针对大气层外拦截中段采用耗尽关机固体燃料发动机的情况,设计了基于零控脱靶量的鲁棒中制导律。推导了系统状态转移矩阵,通过数值方法求解得到考虑地球扁率J2摄动项的拦截器零控脱靶状态,在此基础上将推力分解到视线方向和垂直视线方向,并根据垂直视线方向需要速度增量大小设计了推力分配比例系数,使得推力方向平稳变化且能快速减小系统的零控脱靶量。仿真表明,所设计的中制导律简单、可靠,便于工程实现,能有效提高拦截精度,并对发动机工作参数具有较强的鲁棒性。     

基于非线性模型的大气层内拦截弹微分对策制导律

针对新型战术弹道导弹(TBM)和智能巡航导弹等具有高机动性的拦截目标,应用控制受限的非线性对策模型,提出非线性微分对策制导律,并分析了零脱靶量拦截所容许的初始航向误差.目标和拦截弹间的相对运动是非线性的,采用传统线性化模型建立的拦截制导律会因为线性化而带来误差.提出的制导律是在保持拦截弹和目标的非线性运动学关系的基础上...     

弹道导弹助推段拦截最优制导律设计

针对弹道导弹助推段飞行中加速度大、飞行速度高、拦截反应时间短的特点,研究最优拦截直接碰撞制导律.在建立拦截弹与目标相对运动方程的基础上,以终端脱靶量最小和能量最省为性能指标,设计了空射反导导弹在助推段拦截弹道导弹目标的最优制导律.仿真结果表明,所设计的制导律满足设计指标,达到了直接碰撞杀伤目标的目的,验证了所设计制导律...     

自适应严格收敛非奇异终端滑模制导律

针对机动目标的末制导拦截问题，设计了一种带终端角度约束的有限时间收敛终端滑模制导律。首先，分析了现有非奇异终端滑模制导律存在的滑模面不能严格有限时间收敛的问题，进而构造了一种新型的非奇异终端滑模面。其次，设计了一种对目标机动上界的自适应估计，提出了一种自适应严格收敛非奇异终端滑模制导律的设计方法。最后，基于Lyapunov稳定性理论，证明了设计的制导律能够使得制导系统在有限时间内收敛到零，并且保证了滑模面在收敛过程中不存在非收敛因子，是严格有限时间收敛的。仿真实验验证了该制导律能够有效地拦截机动目标，同时和与现有的非奇异终端滑模制导律以及基于转换滑模面的非奇异制导律相比，拦截时间更短，终端攻击角度精度更高，导弹机动消耗的能量更少。     

考虑信噪比影响的非线性H_∞制导律设计

针对导弹对目标拦截问题,考虑测量信号信噪比影响,以非线性H∞控制理论为基础,应用Lya-punov函数稳定性的分析方法设计了具有强鲁棒性的非线性制导律。首先,以弹-目相对距离和相对速度为变量,并将目标机动视为扰动,建立弹-目相对运动的非线性数学模型。其次,基于零化弹目相对距离的思想,针对拦截过程中测量噪声的影响问题,提出了非线性H∞稳定控制策略,得到连续的非线性末制导律,并分析了信噪比与制导律参数的关系,对测量信号信噪比提出了要求。同时,严格证明了制导系统的稳定性,且无需求解HJI偏微分方程。仿真结果表明,这种制导律对大机动目标具有较强的鲁棒性和适应性,同时能获得良好的制导精度。     

基于滤波扩张观测器的有限时间收敛制导律

为提高拦截机动目标的精度,基于滤波扩张状态观测器提出了一种考虑自动驾驶动态特性的有限时间收敛制导律.通过滤波扩张状态观测器对制导律中目标机动信息进行补偿,使导弹在拦截目标时具有更高的拦截精度.仿真结果表明,在目标机动情况下,设计的制导律能保证视线角速度在有限时间内收敛到零,拦截弹过载较小,具有较好的动态特性和鲁棒性.同时与普通的扩张观测器的估计结果相比,滤波扩张状态观测器对机动目标的跟踪效果较佳.     

一种适用于大气层外动能拦截器的末制导律

 针对大气层外动能拦截器拦截问题，设计了一种简单有效的末制导律。推导出计算零控脱靶量一种新的解析表达式，由于在推导过程中考虑了两飞行器间重力差影响，得出的表达式相对于将两飞行器重力差简化为零重力模型得到的解析式具有更高的精度；根据平行接近法原理利用此表达式推导出一种简单的末制导律；详细介绍了脉宽调制(PWM)式实现变推力控制的方案，仿真中在考虑发动机工程约束的情况下，利用PWM技术对提出的制导律进行验证。对机动目标进行拦截仿真显示，提出的制导律在取得良好拦截精度的同时表现出较强的鲁棒性。     

直接力与气动力复合控制拦截弹轨迹控制

研究了直接力与气动力复合控制拦截弹的轨迹控制问题.建立了复合控制拦截弹的动力学模型,分析了不同复合方式的差别,指出了直接力对弹体运动的影响.建立了拦截弹与目标的相对运动模型,针对直接力与气动力复合控制的特殊性,基于滑模控制理论给出了轨迹控制算法,并在此基础上针对传统控制方法的缺陷,设计了脉冲发动机的点火逻辑.仿真结果表明,该方法能有效的实现拦截弹在末制导段的精确制导控制,并具有较强的鲁棒性.      

基于需用速度增益曲面的大气层外超远程拦截导引方法

考虑拦截器使用耗尽关机固体推进系统的情况,提出需用速度增益曲面概念,设计了基于该概念的大气层外超远程拦截导引方法。根据Lambert导引,给定拦截时间就有唯一的指令推力方向与之对应,导引过程分为两个阶段:零控拦截到达阶段,选择最优拦截时间,需用速度增益曲面迅速与助推时间-拦截时间平面相切;零控拦截保持阶段,拦截时间不断减小,保持需用速度增益曲面在助推时间-拦截时间平面上滑动,消耗多余的推进剂。利用拟零控拦截概念使两个导引阶段平缓过渡,避免了导引方法切换时推力方向的跳变。导引律计及了J2项摄动对滑行段弹道的影响,导引精度对推进系统参数偏差的鲁棒性强。仿真结果表明本文制导方法用于大气层外超远程目标拦截,脱靶量仅为km量级,推进系统参数偏差对导引精度的影响很小。     

基于微分对策的临近空间飞行器机动突防策略

针对飞行器机动突防问题,基于微分对策理论对飞行器在攻防对抗中制导阶段的机动突防策略进行设计与分析。首先将攻防对抗问题转化为二人零和博弈问题,并设计了二次型目标函数;其次,考虑到飞行器计算能力不足的问题,采取了适当假设以得到博弈问题的解析解,便于实际应用;最后对该机动突防策略进行了仿真验证,结果表明在攻防对抗中制导阶段,飞行器采用微分对策制导律,相较于正弦机动不仅减少自身54.3%的能量消耗,而且增加了拦截器58.6%的能量消耗,将显著增加飞行器末制导段对抗突防能力。     

Design of optimal midcourse guidance sliding-mode control for missiles with TVC

This work discusses a nonlinear midcourse missile controller with thrust vector control (TVC) inputs for the interception of a theater ballistic missile, including autopilot system and guidance system. First, a three degree-of-freedom (DOF) optimal midcourse guidance law is designed to minimize the control effort and the distance between the missile and the target. Then, converting the acceleration command from guidance law into attitude command, a quaternion-based sliding-mode attitude controller is proposed to track the attitude command and to cope with the effects from variations of missile's inertia, aerodynamic force, and wind gusts. The exponential stability of the overall system is thoroughly analyzed via Lyapunov stability theory. Extensive simulations are conducted to validate the effectiveness of the proposed guidance law and the associated TVC.     

大气层内拦截弹微分对策制导律对策空间分布研究

 摘〓要〖HTSS〗: 为提高机动性和操作性,大气层内拦截弹多采用气动力/喷流反作用力（RCS）复合控制系统。在RCS工作时间有限的条件下,建立线性化对策模型,并利用微分对策理论研究了复合控制系统对3种可能对策空间的分布影响。RCS的使用时机不同,其对微分对策空间分布的影响也不同。基于对策空间的分布确定了RCS的使用时机,并给出了适合实际应用的制导策略。仿真研究表明本文提出的应用时机与制导策略能够实现气动力与RCS之间的有机结合,使制导指令达到最优分配,显著地提高了制导精度。     

弹道导弹中段防御的拦截窗口分析

根据弹道导弹中段飞行近似为二体运动的特点，应用二体运动理论分析了弹道导弹中段防御的拦截窗口。假设最低拦截点由拦截弹末段寻的飞行正常工作的最低地面高度决定，最高拦截点由拦截弹投射能力决定，给出了根据当前时刻弹道导弹位置和速度求解拦截窗口的算法。对采用最小能量弹道飞行的弹道导弹，给出了根据射程求解拦截窗口的算法，并对不同射程的最小能量弹道，给出了求解拦截窗口的算例。     

基于零控脱靶量的大气层外超远程拦截制导

考虑拦截器使用固体推进系统的情况,设计了基于零控脱靶量(ZEM)的大气层外超远程拦截制导方法。首先设计了考虑摄动影响的适用于超远程拦截的零控脱靶量计算方法;其次使用变分法结合Kepler轨道摄动方程推导了线性的ZEM动力学方程;最后考虑固体推进拦截器的可控性约束条件设计了ZEM控制律并结合动力学方程确定指令推力方向。本文给出的制导方法设计过程中没有对拦截器和目标的引力差进行简化,考虑了摄动因素对滑行段弹道的影响,制导精度对推进系统参数偏差的鲁棒性好。仿真结果表明使用本文制导方法拦截大气层外超远程目标,脱靶量可达公里量级,推进系统参数偏差对制导精度的影响很小。