反舰导弹末端机动的突防效果研究

利用共轭系统和拉氏变换技术,重点研究了反舰导弹的螺旋机动和摆式机动的突防效果。螺旋机动和摆式机动的加速度可以用纵向和航向平面内的加速度分量来表示。在平面内分析机动加速度引起的稳态脱靶量得到了简单的脱靶量解析解。利用该解析解,分析了机动持续时间对稳态脱靶量的影响。将纵向和航向平面内的稳态脱靶量综合起来得到了螺旋机动或者摆式机动所引起的稳态脱靶量。仿真结果表明这两种非平面机动方式比平面机动方式具有更好的突防效果。     

基于滑模干扰观测器的空空导弹三维预测制导律设计

针对目标大机动情况下制导准确性较差的问题,研究了基于滑模干扰观测器的空空导弹三维预测制导律。利用连续时间非线性预测控制方法,根据导弹当前的状态,选择弹道跟踪误差作为预测性能指标,对其进行在线滚动优化,获得制导指令。同时为了进一步提高导弹制导规律的抗干扰能力,利用滑模干扰观测器对内部不确定性和外部未知干扰进行逼近,并与预测控制方法所得到的制导指令进行综合得到优化制导指令。最后仿真结果表明,所设计的PCG相比于传统的PN,性能有较大的改善,能够实现目标大机动情况下的精确制导,并且所需导弹机动过载小、脱靶量小,具有一定的鲁棒性。     

攻防对抗机动过载关系分析

针对攻防对抗中具有高机动性的突防弹进行机动躲闪,基于线性二次型微分对策理论,建立了攻防对抗线性化运动模型,分析了拦截弹在完全理想情况下实施有效拦截所需具备的最小过载能力与被拦截目标机动过载能力之间的关系,定量地给出了实现零脱靶拦截的对抗过载比应满足条件的解析形式。在考虑拦截弹在初始时刻零控脱靶量为零的条件下,给出了拦截区域和突防区域与对抗过载比、动力学响应时间常数比等参数的关系。通过建立双方过载对抗关系的理论,得到理论分析结果,通过减小双方初始距离或增大相对运动速度可以降低实现有效拦截对过载比的要求。     

终端末制导中的轨控直接力点火策略

为了提高命中精度,高层大气中防空导弹的终端末制导段常采用轨控直接力实现快响应。在固定的直接力模式下,轨控的点火时间和点火方位直接决定命中精度。目前,常用的点火逻辑由于对预测脱靶量和点火方位估计精度较低使得直接力修正效果未能充分发挥。为此,从3个层面进行点火策略的改进。首先,针对终端末制导过程视线发散的固有特点,通过引入视线角速率变化趋势,提高预测脱靶量估计精度;其次,考虑直接力装置有限的工作时间,通过增加剩余速度修正项,改善直接力修正能力估计精度;第三,将原有基于视线角速率的点火方位策略改进为基于剩余需用过载方向。理论分析表明,相比现有方法,文中提出的改进策略可适当提前点火时间。用不同的机动目标进行六自由度仿真验证,结果表明,新的策略在目标大机动下,可显著降低脱靶量;在小机动下,其性能与原方法相当。     

基于有限时间H2性能指标的导弹机动突防策略设计

针对导弹机动突防策略设计中存在的对主要性能指标缺乏综合评价手段的问题,基于有限时间H2性能指标,给出系统性能分析与设计的准则,综合考虑脱靶量和机动消耗的能量,设计了脱靶量/能量最优的机动形式。考虑拦截器制导律信息存在不确定性,提出了有限时间鲁棒H2性能分析方法与有限时间鲁棒H2保性能控制准则,设计了在拦截器制导律信息存在不确定性时的保性能机动。结果表明,突防导弹在拦截末段的大幅度机动最为有效,能够以较小的能量代价换取较大的拦截脱靶量。
     

弹道导弹中段机动突防研究

针对弹道导弹中段机动突防问题，在瞬时冲量假设下从理论上研究了速度增量大小、方向和机动时刻对零控脱靶量和落点偏差的影响。研究表明：速度增量大小和机动时刻给定时，零控脱靶量随速度增量方向不同存在极小值和极大值，速度增量方向垂直于视线方向时零控脱靶量接近最大，且最大值近似为待飞时间和速度增量大小的乘积；速度增量大小和机动时刻给定时，落点偏差随速度增量方向的不同存在极小值和极大值，极值点对应的速度增量方向可通过解析方法求解，落点偏差极大值与速度增量大小成正比，且机动时刻越晚，落点偏差极大值越小。该研究可为突防方案设计提供理论基础。     

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。     

智能滑模变结构制导律

基于零化反导导弹的脱靶量,用变结构控制理论和非线性运动学方程推导了一种能适应目标作大机动的滑模变结构制导律。设计了一种新颖的模糊逻辑控制器,通过嵌入专家经验,实现了导引律系数的智能改变,建立了目标作螺旋机动的数学模型。末制导仿真结果表明：智能滑模变结构制导律在拦截三维螺旋机动目标时具有响应快速性,视线角速率和脱靶量较小,对高速大机动目标有较好的拦截效果。     

目标机动时的一种非线性末制导律

本文研究了在空间拦截中导弹的脱靶量，并分析了影响脱靶量的因素。利用非线性精确线性化理论设计了目标机动时的非线性末制导律。     

基于零脱靶量设计的前向追踪拦截滑模制导律

在拦截高超音速目标时,传统拦截制导律要求拦截弹速度更高,由此带来拦截弹的能量和控制等诸多难题.本文设计了一种基于零脱靶量的前向追踪拦截滑模制导律,实现了低速拦截弹拦截高速目标.首先分析了前向追踪拦截模型,该模型将低速拦截弹放置在高速目标前方飞行,通过控制拦截弹的飞行方向,可以达到拦截目标的目的;然后给出了前向追踪模型下理论脱靶量在目标机动和非机动两种情况下的数学表达式;最后以目标机动情况下的理论脱靶量为滑模面,设计了一种基于滑模控制的前向追踪拦截制导律.仿真试验验证了该制导律的可行性和高精度、低过载的特点.     

逆轨拦截机动目标的三维最优制导律

以大气层内导弹逆轨拦截高速机动目标为背景，本文运用最优控制和双曲正切函数设计带角度约束的三维最优制导律。分别假设导弹弹道倾角和弹道偏角保持瞬时恒定，将三维制导分解为两个相互垂直平面内的二维制导。考虑导弹速度时变的情况，建立带角度约束的制导方程。设计一种双曲正切函数的变种，并将其设为脱靶量和角度约束的权重系数，根据极小值原理推导了最优制导律的解析表达式。双曲正切函数变种的引入，使得制导律对脱靶量和角度约束的要求是逐渐增强的，可以解决传统最优制导律初始段过载指令过大的问题。仿真结果表明了该制导律的有效性。     

析构时间相关模型的面对称飞行器机动估计

针对现代战机大机动规避时机动加速度估计困难的问题，提出一种基于动力学析构时间相关运动模型(DTDM)的面对称飞行器目标机动估计算法。首先考虑面对称飞行器的大机动过载主要由主升力面升力产生，将飞行器动力学方程析构简化为主升力面过载和主升力面滚转角耦合的时间相关模型。然后，基于分段定常系统(PWCS)可观测性理论和奇异值分解(SVD)法对模型的可观测性进行分析，结果表明其可观性优于改进“当前”统计模型(MCSM)和Jerk模型。最后使用容积卡尔曼滤波(CKF)算法对战机大机动规避的典型场景进行数学仿真，仿真结果表明本文所提模型对面对称飞行器目标的大机动过载估计精度优于MCSM和Jerk模型。     

机动弹头中段突防姿态的搜索算法研究

针对弹道导弹在大气层外的机动突防问题,建立了攻防对抗双方的六自由度动力学和运动学模型;研究拦截弹的导引律,对比例导引加以改进,用卡尔曼滤波估计视线角和方位角的变化率估算敌方的飞行信息;研究了机动弹头的智能规避策略,主要对如何确定机动方向展开研究,基于使EKV过载最大化的原则,提出了一种姿态搜索算法.经仿真验证,该算法提高了规避策略的自适应性和鲁棒性,对于增大脱靶量、提高导弹突防概率效果显著.     

基于EKF的主动雷达寻的制导状态估计与最优控制研究

针对主动雷达寻的制导问题,进行了非线性系统状态估计和最优制导律的研究,并进行了目标机动情况下的仿真验证。利用主动雷达给出的带有噪声的观测信息,设计了寻的制导系统扩展卡尔曼滤波器,估计弹目相对运动状态信息。基于最优控制理论,按照需用过载和脱靶量最小设计了线性二次型最优制导律。仿真结果表明,所设计的主动雷达寻的制导系统滤波器和最优制导律能有效对付机动目标,满足飞行器控制要求。     

防空导弹直接力／气动力复合控制系统设计

直接力和气动力复合控制技术是先进防空导弹对付高速机动目标、兼有反导能力以 及发 展成为动能拦截弹最现实有效的技术途径。针对力矩式复合控制方法,为减小由于弹体滚动 所引起的耦合影响,建立了俯仰－偏航通道短周期运动模型;在弹体慢旋条件下给出了参考 信号状态空间模型,利用线性二次型最优跟踪控制方法设计了复合控制姿态稳定系统,并基 于分离原理设计了参考信号状态观测器。仿真结果表明系统对制导指令的响应时间小于0.1 秒,对螺旋机动弹道目标的拦截脱靶量为0.34米,说明该复合控制方法具备直接碰撞目标的 能力。〖JP〗     

导弹目标遭遇过程中的剩余飞行时间估计

弹目遭遇末端目标至脱靶点剩余飞行时间的估算对起爆控制来说是非常重要的。本文详细讨论了脱靶情况下距离未知或丢失时，如何利用导引头测得的角度和角速度信息预测剩余飞行时间以及其它参数。结果表明 对于非机动目标，文中方法估计的剩余飞行时间及其它参数没有误差；目标机动能力的增加会导致预测误差变大，但是随着导弹逐渐接近目标以及剩余飞行时间的减小，预测精度也会逐渐提高。考虑到允许的起爆延时误差，目标机动对剩余飞行时间估计的影响是很小的。     

基于有限时间广义H_2范数的直接侧向力启控时间分析

采用直接侧向力与气动力复合控制技术可以显著改善导弹末制导系统性能,而确定直接侧向力启控时间是复合控制技术的关键问题。首先给出了复合控制导弹末制导系统的数学描述,然后基于有限时间广义H2范数,分析了直接侧向力启控时间与零效脱靶量、目标机动、导引头量测噪声的内在关系,最后根据零效脱靶量随启控剩余时间的变化情况,指出存在一个启控剩余时间临界值,可以为直接侧向力启控时间的确定提供重要依据。     

一种基于不对称再入体的制导与控制方法研究

研究一种不对称再入体的再入机动控制方法.不对称再入体气动外形简单,它的升力大小一般不可控,但可通过滚动控制调整升力的方向实现机动飞行.为实现不对称再入体的精确制导,本文研究了一种滚速可调的“滚转制导律”,通过调整制导系数,可以兼顾再入体滚动角速度和落点精度的要求;设计了不对称再人体滚动通道的喷流控制方案,给出了滚动姿态...     

弹道导弹中段机动突防发动机总体优化设计

针对弹道导弹中段机动突防,提出了一种突防方案的发动机总体参数优化设计。从中段机动突防运动学、动力学出发,基于战术需求明确突防发动机优化设计指标,采用进化算法进行了发动机总体参数优化,并给出了仿真算例。研究表明,速度增量大小和机动时刻给定时,零控脱靶量随速度增量方向的不同存在极小值和极大值,极大值方向近似垂直于视线方向,且最大值近似为待飞时间和速度增量大小的乘积,发动机设计总冲指标即在此理论推导上获取;进化算法有效地解决了8个设计变量、3个约束条件的突防发动机参数优化问题,优化结果合理,且实现了战术要求的脱靶量,很好地满足了弹道导弹中段机动突防对动力系统的要求。     

导弹直接侧向力机动突防方案设计

针对敌方不同来袭方位的拦截弹,提出了一种可用于导弹末段侧向力机动的突防方案。在建立拦截弹和导弹的相对运动模型基础上给出了脱靶量与视线转率、相对距离和机动加速度的解析表达式。以拦截弹在视线系Z向上的脱靶量达到最大值作为性能指标,对机动发动机开启时刻进行优化确定。同时通过分析机动发动机与Y向舵偏的不同组合方式对导弹的速度增量及交会角的影响,确定机动发动机的推力方向应与气动力方向一致,并使交会角明显减小。仿真结果表明,此方案能使导弹最终落入拦截弹杀伤半径10 m之外,成功实现突防。