高速再入飞行器带落角约束末制导律研究

针对高速再入飞行器以预定角度攻击地面目标的要求,提出了一种基于Lyapunov稳定性定理的具有终端落角约束的末制导律.该制导律在纵向平面内将视线角及其角速率视为状态变量,合理构造Lyapunov函数,通过调节Lyapunov函数的系数,保证以期望的落角击中目标.该导引律不需增加任何制导观测信息,就可以有效满足落角约束要求.最后,以CAV-H为对象进行了三维仿真.仿真结果表明,该制导律能有效提高制导精度,并且多项性能指标均优于最优制导律.     

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.     

基于多项式函数求解的落角约束制导律

在攻击坦克、舰艇等特定目标时,需要对导弹的终端落角进行约束,进一步提高战斗部的毁伤效能。针对这一问题,设计了基于多项式函数推导的落角约束制导律。首先在纵向对称平面内建立弹目相对运动学的小扰动线性化模型,利用落角和脱靶量的始端和终端约束条件,推导得到了满足落角约束的制导律的解析表达式。对该制导律进行仿真,仿真结果表明该制导律可以使导弹按照期望落角命中目标。     

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。     

考虑捷联导引头最小视场角约束的制导策略

针对高超声速飞行器捷联导引头，提出导引头最小视场角（FOV）约束问题。首先分析了导引头视线角变化规律，指出在攻击固定目标时，导引头最小视场角约束在弹道末段无法被满足，导引头将丢失目标。在此基础上，基于缩短导引头丢失目标距离的目标，提出一种满足导引头最小视场角约束的制导策略。该策略不依赖于末制导律形式，当最小视场角约束无法被满足时，改变原有制导指令，主动改变弹道轨迹以增加弹体视线角，避免超出视场范围。其次，针对飞行器过载约束，设计了制导策略切换点，在到达切换点时该制导策略将结束工作，避免末端过载过大超出约束。通过对比仿真验证了所提出制导策略有效性，能够大幅度减少导引头丢失目标距离，工程上有利于提高末端命中精度。     

基于落角约束的超声速导弹制导方案研究

针对超声速导弹具有落角约束条件下的制导问题,提出了一种新的设计方案.首先,在中制导俯冲过程中,采用攻击预先设定的虚拟目标方案,达到期望的中制导末端性能指标;然后,开始末制导俯冲段,雷达开机实时攻击实际目标,使导弹在需用过载和导引头框架角约束条件下,以期望落角命中目标.仿真结果表明,该制导律具有期望的性能要求,易于工程实现.     

基于终端落角和加速度约束的末制导律设计

为了提高导弹末制导的打击精度和毁伤程度,设计了基于剩余时间多项式的满足终端落角约束和终端加速度为0的制导律。经过反馈线性化将弹目方程变成线性形式,通过满足具体的终端约束求解了制导律的系数,得到满足各种约束的易于工程实现的新制导律。利用闭环轨迹解给出了一种有效求解弯曲弹道剩余时间的方法。最后通过弹道仿真和对比试验验证了该制导律的可行性。与现有文献相比,该制导律不仅满足高精度制导的需要,而且对末端迎角控制和早期弹道修正具有较大优势。     

带有落角约束的一般加权最优制导律

以期望的落角方向为坐标轴定义了落角坐标系,在落角坐标系中建立了线性化的运动关系方程。应用Schwarz不等式,分别研究了控制系统为一阶惯性环节和无惯性环节情况下带落角约束的任意加权最优制导律,得到了制导律的一般表达式。对于无惯性环节控制系统以及加权函数为一般初等函数类型的一阶惯性环节控制系统,当加权函数的逆的一次到三次积分都能求出解析表达式时,均可以得到解析形式的最优制导律。对于不同的制导目的,应用本文结果可以方便地设计相应的制导律。对于某些特定的加权函数,所得制导律推广了现有文献的结论,并给出了指数权函数下满足落角约束的最优制导律的仿真结果。     

带攻击角度约束的有限时间收敛制导律

针对航空制导武器带有攻击角度约束打击地面目标的制导问题,提出了基于快速非奇异终端滑模的有限时间收敛制导律.通过引入非奇异终端滑模面,避免了制导过程中可能产生的奇异问题,该制导律具有快速收敛的特性,能够满足攻击角度约束的要求.基于Lyapnov稳定理论证明了有限时间收敛的特性,并给出了收敛时间表达式.仿真结果表明,该制导律具有快速收敛特性,能够满足脱靶量和末端攻击角度的要求,相比传统带落角约束制导律,具有一定的优越性.     

考虑落角约束的制导炸弹有限时间控制制导律

为了提高制导炸弹对目标的毁伤能力,更加有效地约束终端落角,利用终端滑模变结构控制理论和有限时间收敛性理论,在选取自适应趋近律和建立弹目相对运动模型的基础上,提出了一种考虑落角约束的制导炸弹有限时间控制制导律。然后,利用Lyapunov理论证明了所选取的滑模面和趋近律是有限时间收敛的。通过仿真实验验证了所提算法的有效性。仿真结果表明:与比例制导律相比,所提制导律既能使制导炸弹在有限时间内收敛到所期望的入射约束角附近,又能使炸弹的视线角及其角速度收敛的更快,具有一定的工程应用价值。     

二阶弹体特性下带终端角度约束的制导律

针对导弹要求限制终端攻击角度以发挥战斗部的最大效能,提出了一种适用于攻击地面固定目标的具有终端角度约束的最优制导律,并和已有的具有终端角度约束的最优制导律进行了比较。该制导律针对二阶弹体特性,采用最优控制方法,使导弹在命中目标的同时,满足终端角度约束。数字仿真结果表明,所提出的制导律能够实现终端角度约束条件,具有较高的制导精度。     

Footprint Problem with Angle of Attack Optimization for High Lifting Reentry Vehicle

A formal analysis to footprint problem with effects of angle of attack (AOA) is presented. First a flexible and rapid standardized method for footprint generation is developed. Zero bank angle control strategy and the maximum crossrange method are used to obtain virtual target set; afterward, closed-loop bank angle guidance law is used to find footprint by solving closest approach problem for each element in virtual target set. Then based on quasi-equilibrium glide condition, the typical inequality reentry trajectory constraints are converted to angle of attack lower boundary constraint. Constrained by the lower boundary, an original and practical angle of attack parametric method is proposed. By using parametric angle of attack profile, optimization algorithm for angle of attack is designed and the impact of angle of attack to footprint is discussed. Simulations with different angle of attack profiles are presented to demonstrate the performance of the proposed footprint solution method and validity of optimal algorithm.     

基于预测控制的角度约束制导律设计

针对低高度、大倾角末端姿态约束问题,提出了一种弹道跟踪制导律.离线优化得到满足终端约束的基准弹道.为了避免出现奇异,将对位置的跟踪转换为对视线角及视线角速度的跟踪.根据当前状态,利用连续时间非线性预测控制,以弹道跟踪误差和控制能量的组合为性能指标,在线滚动优化得到制导指令,分析了制导律的参数选取,最后对该制导律进行了全...     

垂直攻击型武器末制导系统设计与分析

介绍了垂直攻击型武器末制导段的特点,分析了其制导控制系统的特殊要求。针对常规控制方案的不足,提出侧力板控制方案,推导出一种考虑速度变化的变系数比例导引律,并结合某型号飞行器进行了仿真。结果证明,侧力板控制与变系数导引律明显优于常规控制和常系数比例导引律,完全可以满足垂直攻击型武器在末制导段的要求,该项研究为型号设计提供了具有实际参考价值的结论。     

Three-dimensional Large Landing Angle Guidance Based on Two-dimensional Guidance Laws

 Both the design process and form of the three-dimensional (3D) suboptimal guidance law (3DSGL) are very complex. Therefore, we propose the use of two-dimensional (2D) guidance laws to meet the guidance requirements of 3D space. By analyzing the relationship between the flight-path angle and its projections on OXY and OXZ planes, we obtain the ideal design requirements of the guidance laws. Based on the requirements, we design a 2D suboptimal guidance law used in the horizontal plane; combining the 2D vertical suboptimal guidance law, we create a whole ballistic simulation of six degree-of-freedom. The results are compared with those using other three guidance modes in the case of large windage of the initial azimuth angle. When the proportional navigation guidance (PNG) law is used in the horizontal planes, the landing angle will obviously decrease. With the proposed guidance mode, the large landing angle can be realized and meet the guidance precision requirements. Moreover, the required overload can decrease to meet the control requirement. The effects of the proposed guidance mode are close to that of 3DSGL despite its very simple form.     

基于偏置比例导引的垂直攻击滑模制导律

为了提高空地导弹毁伤效果,需要对地面固定目标采用大角度乃至垂直打击方式。针对这一需求,设计了一种基于偏置比例导引的垂直攻击滑模制导律。首先在传统的比例导引制导律的基础上增加了一个角度约束偏置项,并结合滑模变结构理论使其滑模变结构化。然后运用自适应滑模趋近律,并采用准滑动模态控制削弱了抖振的影响。仿真结果表明:此制导律控制落角能力较强,同时具有较高的命中精度。整个攻击过程中的弹目视线角速度变化较小,最后以垂直落角攻击目标。     

带有攻击角度控制的三维制导

在三维空间导引动力学与运动学模型的基础上,假设目标静止,而导弹本身以恒速运动,基于李雅普诺夫稳定性理论设计了三维导弹导引律。根据实际的攻击角与设定的攻击角误差,分析和设计了期望的视线角运动学,在此基础上,给出了带有攻击角度控制的三维导弹导引律。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

一种攻击地面固定目标的变系数比例导引律

为了提高命中精度 ,减小控制能量的消耗 ,对攻击地面固定目标且速度随时间变化的追踪器 ,推导出一种以控制能量消耗最小为性能指标的最优导引律 ,其中剩余时间的估算不仅考虑到追踪器速度大小的变化 ,而且考虑了方向的变化。同时 ,为了满足某些追踪器在碰撞点垂直入射的要求 ,给出在铅垂面内攻击时具有修正项的变系数比例导引律。仿真结果表明 ,该导引律与常系数比例导引律相比 ,控制能量少 ,脱靶量小 ,命中精度高。     

Guidance law with impact time and impact angle constraints

A novel closed-form guidance law with impact time and impact angle constraints is pro- posed for salvo attack of anti-ship missiles, which employs missile’s normal acceleration (not jerk) as the control command directly. Firstly, the impact time control problem is formulated as tracking the designated time-to-go (the difference between the designated impact time and the current flight time) for the actual time-to-go of missile, and the impact angle control problem is formulated as tracking the designated heading angle for the actual heading angle of missile. Secondly, a biased proportional navigation guidance (BPNG) law with designated heading angle constraint is constructed, and the actual time-to-go estimation for this BPNG is derived analytically by solving the system differential equations. Thirdly, by adding a feedback control to this constructed BPNG to eliminate the time-to-go errorthe difference between the standard time-to-go and the actual time-to-go, a guidance law with adjustable coefficients to control the impact time and impact angle simultaneously is developed. Finally, simulation results demonstrate the performance and feasibility of the proposed approach.