基于滑模控制理论的前向追踪制导律研究

高超声速目标速度快,机动性高。使用传统拦截方式对目标进行拦截的难度过高,导致拦截精度下降。为了对高超声速目标拦截具有更高的制导精度,本文采用前向追踪拦截的方式对目标进行三维动态拦截仿真。根据目标与拦截器的运动学及动力学原理建立前向追踪拦截动态模型,该模型要求将低速拦截器置于高速目标之前;设计了一种基于滑模变结构控制理论前向追踪制导律,该制导律通过控制拦截器的法向加速度控制其飞行方向,从而达到拦截的目的;分析目标机动与非机动时拦截器的动态特性,并对目标在机动与非机动时与拦截器的运动轨迹及相关参数进行仿真,仿真结果验证了制导律的可行性。     

主辅拦截器协同制导方法研究

随着现代导弹技术的发展,导弹的突防能力越来越强,对导弹的防御难度也逐渐增大。为增强拦截器的杀伤力并降低成本,可利用主辅拦截器协同制导对目标进行拦截。建立了拦截器与目标的相对运动模型,通过对运动方程进行线性化分析,发现协同制导问题实质为具有终端时间限制条件的导引问题,该问题可转化为线性化系统的最优控制问题。利用最优控制中的极小值原理设计了时间协同制导律。仿真结果表明:该制导律可实现多枚拦截器在同一时刻拦截目标的协同制导要求。     

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。     

考虑自动驾驶仪动特性的终端角度约束滑模导引律

探讨了拦截机动目标情况下的攻击角度约束导引律设计问题.首先假设自动驾驶仪为理想环节,推导了一种滑模导引律,证明了该导引律的有限时间收敛特性.然后通过非线性反步设计法把上述导引律推广到考虑导弹自动驾驶仪动态延迟的情形上,仿真结果表明,导弹自动驾驶仪为实际跟踪环节,目标做大机动逃逸时该制导方法仍具有良好的制导性能.     

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.     

三维解耦的最优变结构末制导律设计

对于三维空间的目标末段拦截问题,设计了一种最优变结构末制导律.通过引入伪控制量,应用线性二次型最优控制理论推导出了视线纵向和侧向平面内的最优制导律,然后,基于变结构控制理论,将目标机动量视为扰动量,设计了一种三维的最优变结构末制导律,并通过Lyapunov稳定性定理确定变结构制导参数范围.最后仿真表明,相对于比例导引,...     

一种新的变结构制导律研究

在非线性相对运动学基础上提出了一种新的变结构制导律。变结构制导律仅利用了目标加速度界限的信息,因而在拦截过程中,并不需要精确的测量目标加速度,也就是取得了对目标机动的鲁棒性。在执行上,变结构制导律仅使用了视线转率测量值,因而和比例导引同样简单。仿真结果表明,所提出的制导律与比例导引相比有较大的性能改善。     

有限时间收敛变结构导引律

对于拦截机动目标问题,传统方法中基于Lyapunov稳定性理论获得的导引规律,在数学原理上只能保证当时间趋于无穷时视线角速率趋于零.基于非线性控制系统有限时间稳定性理论,提出了制导系统有限时间收敛的充分条件和一种形式简洁的有限时间收敛变结构导引规律.证明了在目标一导弹相对接近速度为常数,而且目标机动条件下,该导引律令视线角速率在末制导结束前收敛到零.最后以某拦截问题为实例对导引律的有限时间收敛性质进行了数学仿真验证.     

一种考虑自动驾驶仪动态特性的自适应变结构制导律

对于平面拦截问题，提出了一种新的具有强鲁棒性的末端导引规律。将目标的机动加速度视为一类有界扰动，以视线角速率作为零输出状态变量，考虑导弹自动驾驶仪动态特性，应用滑模趋近律概念，综合设计了一种自适应变结构制导律。理论分析与数字仿真表明这种制导律不但具有优良的弹道特性，而且具有很强的鲁棒性和适应性，同时方法简单、易于理解，便于工程应用。     

带攻击角约束的自适应STA有限时间滑模导引律

针对拦截机动目标的过程中考虑攻击角度约束的制导问题,为了达到最佳的杀伤效果,提出了一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束的自适应STA有限时间滑模导引律。首先建立了考虑导弹自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的三维耦合制导模型;由于目标机动未知,对传统STA算法进行改进,确保系统含有不确定项时在有限时间收敛,在此基础上,结合自适应控制理论,设计了带攻击角约束的自适应STA有限时间滑模导引律。基于类二次型Lyapunov函数,对系统进行了有限时间收敛稳定性证明。通过与真比例导引律数字仿真结果对比分析,所设计导引律能够制导导弹精确命中目标,弹目视线倾角和偏角在有限时间高精度收敛至期望值,满足攻击角度约束要求,具有强鲁棒性和有效性,制导性能优于真比例导引律。     

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。     

动能拦截器运动伪装末制导律设计

针对动能拦截器末制导问题，基于运动伪装理论设计了末制导律和相应的脉冲宽度脉冲频率(PWPF)调节器。根据拦截器和目标在视线旋转坐标系下的相对运动关系建立了动力学模型。通过运动伪装特性得出的拦截条件推导出作用在视线法向上的制导指令表达式。在动能拦截器制导推力受限情况下，利用PWPF调节器调节制导指令。考虑系统的可控条件和拦截条件，对调节器参数进行了理论设计。运动伪装末制导律保证动能拦截器在制导过程起到伪装作用，具有较高的制导精度和较小的命中过载，同时经过参数设计后的PWPF调节器可以节省燃料。最后，通过数值仿真校验了所设计末制导律的正确性和有效性。     

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     

考虑复合控制系统动态特性的前向拦截制导律

为满足临近空间拦截高速大机动目标的实际需求,研究了考虑直接力/气动力复合控制动态特性的前向拦截制导律设计方法。在考虑连续气动力和离散直接力特点的基础上,给出了一种在气动舵控制基础上设计连续直接力、然后通过冲量等效法进行离散化的直接力设计方法,避免了复杂的控制分配问题。根据二维前向拦截导引运动学模型和拦截导弹动力学模型,利用时间尺度分离,将拦截导弹和目标的质点运动学与加速度慢变子系统构成的动态系统,看成慢变子系统,设计了俯仰角速度指令;将俯仰角速度动态子系统看成快变子系统,通过对俯仰角速度指令的跟踪控制设计得到考虑复合控制系统动态特性的前向拦截导引律。仿真结果校验了本文方法的正确性和有效性。     

Optimal sliding-mode guidance with terminal velocity constraint for fixed-interval propulsive maneuvers

An optimal strategy based on minimum control effort with terminal position and velocity constraints is developed for an exoatmospheric interceptor in order to generate effective intercept for fixed-interval propulsive maneuvers. It is then integrated with sliding-mode control theory to derive a robust optimal guidance law. In addition, this guidance law is generalized for intercepting an arbitrarily time-varying target maneuver. The new guidance method's robustness against disturbances and good miss distance performance are proved by the second method of Lyapunov and simulation results. The presented guidance law is simple to implement in practical applications and requires less acceleration command in comparison to optimal guidance law.     

三体追逃攻防博弈分析与新型拦截制导律研究

研究分析了拦截弹、防卫弹和进攻弹的三体攻防博弈对抗问题。进攻弹相对拦截弹实施最优躲避,拦截弹相对进攻弹实施最优追踪,防卫弹相对于拦截弹实施最优追踪。针对不同作战场景,研究分析了拦截弹赢得三体攻防博弈的特定条件与区域。在特定场景下,拦截弹在命中进攻弹之前会被防卫弹拦截,无法仅通过应用最优追踪制导律完成攻防博弈任务。针对此场景,提出一种新型制导律,在拦截弹与防卫弹作战时间内,拦截弹相对于防卫弹执行躲避机动,同时保证相对于进攻弹的零控脱靶量最小。在对抗完成之后,拦截弹相对于进攻弹实施最优追踪制导,赢得三体攻防博弈。最后,多组仿真验证了本文分析得到的条件与结论,以及新型制导律的有效性。     

延迟对拦截弹制导精度的影响

针对拦截弹在末制导段拦截战术弹道导弹(TBM)，本文分析了拦截弹制导控制系统中存在的导引头信息处理延迟、制导控制指令延迟和执行机构响应延迟对制导精度的影响。在拦截弹弹道修正和姿态控制规律的基础上，考虑拦截弹与TBM的初始位置偏差、导引头测量误差和弹道控制执行机构推力偏差，完成了不同制导控制延迟条件下拦截弹拦截TBM制导精度的六自由度Monte-Carlo仿真计算。根据对仿真结果的分析，最后给出了拦截弹拦截TBM目标的制导精度与制导控制延迟之间的约束关系。     

空间拦截智能自适应变结构导引规律研究

结合空间拦截的精确末制导问题，本文介绍了一种对目标机动和参数摄动具有鲁棒性的自适应结构制导律（ＡＶＳＧ）。在此基础上，我们研究了一种智能自适应变结构制方法（ＩＡＶＳＧ）。此方法精略地估计出目标法向加速度的强度，并以此为依据自主地调整ＡＶＳＧ中变结构项的强度，这样，既可以消除视线角速度的抖动，又可以保证制导精度，仿真结果证明了ＩＡＶＳＧ的有效性。     

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。