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。     

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。     

最优导引律

本文用最优控制理论讨论导引律。引入了“零控拦截状态”及由它们组成的“L曲面”的概念。说明一系列古典导引法所要达到的只是“L曲面”的近似曲面。讨论了达到“L曲面”的最优导引律。     

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。     

具有二阶环节的导弹最优导引律

本文研究了具有二阶环节的导弹其对目标的最优导引律。利用极小值原理分别研究了1)脱靶量为零、最小控制能量指标的最优导引律;2)终态为零控拦截曲面、最小能量指标的最优导引律。最后得出了与具有一阶延迟环导弹所得结果类似,但计算工作量更大,结果应更准确。     

基于虚拟拦截点的预测制导算法设计

针对临近空间拦截弹中制导段大部分所处空域空气稀薄的情景,提出一种基于虚拟拦截点的预测制导直接力修正算法。首先,为提高预报速度,利用弹道拟合法对再入段的滑翔弹道进行快速预报;其次,利用预报弹道的终点和预测拦截点的几何关系得到虚拟拦截点,针对虚拟拦截点解二体Lambert问题以确定变轨需用速度,并依据此速度预报弹道,解算零控脱靶量;最后,经多次预报后得到零控脱靶量最小的虚拟拦截点,以此确定最终变轨需用速度并利用速度增益进行修正。仿真结果表明,与无虚拟拦截点修正的策略相比,针对虚拟拦截点的拦截修正方法有效减少了发动机燃料消耗和零控脱靶量,更好地满足中制导能量约束和精度要求。     

最优拦截制导律

本文应用最优控制的方法,讨论了将拦截器视为—阶滞后环节,到达“零控拦截曲面”上的拦截问題。得到了闭环最优制导律。已知,将拦截器和目标均视为质点,固定时间,能量指标的最优制导律是比例导航。由于实现它,设备筒单,目前仍使用。但随着导弹技术的发展,制导精度要求越来越高。因此,需要考虑影响制导精度的因素。在诸因素中,拦截器的动态响应过程和目标加速度是两项主要因素。然而,要把拦截器的动态响应过程给与精确描述,一则不可能;二则既使可能问题又变得异常复杂无法解决。为此,我们将拦截器视为—阶滞后环节,讨论其拦截问题是有意义的。     

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。     

动能拦截器助推段导引方案研究

针对大气层外高速飞行的目标, 提出了一种可用于动能拦截器助推段的导引方法.建立了拦截器和目标的运动模型, 在分析可拦截约束条件的基础上推导出转移轨道计算方法, 同时通过对拦截器可发射区域中的转移轨道优化得到满足约束条件的有效发射区域, 并以点火时刻待增速度为性能指标来寻优计算获得发射参数.仿真结果表明, 该方法能有效实现拦截器助推段的制导控制.      

最优策略的导引特性分析

 本文从微分对策理论出发,在考虑了导弹与目标的响应频宽及纵向加速度下,导出了飞行器的三维最优追逃策略;并以此进行了较全面的导引特性分析。分析表明,最优策略实质上是以零控脱靶作为误差信号的反馈控制,在每一采样时刻近似地以平行接近法作为理想运动状态,是一种修正的比例导引方法。当不计飞行器的响应时间、纵向加速度和控制溢出时,蜕化为常规比例导引。本文还定义了飞行器对对局的可控能力,讨论了相应的影响因素;通过对最优增益系数的计算和分析,加深了对最优策略的认识。     

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。     

Optimal terminal guidance for exoatmospheric interception

In this study, two optimal terminal guidance (OTG) laws, one of which takes into account the final velocity vector constraint, are developed for exoatmospheric interception using optimal control theory. In exoatmospheric interception, because the proposed guidance laws give full consideration to the effect of gravity, they consume much less fuel than the traditional guidance laws while requiring a light computational load. In the development of the guidance laws, a unified optimal guidance problem is put forward, where the final velocity vector constraint can be consid-ered or neglected by properly adjusting a parameter in the cost function. To make this problem ana-lytically solvable, a linear model is used to approximate the gravity difference, the difference of the gravitational accelerations of the target and interceptor. Additionally, an example is provided to show that some achievements of this study can be used to significantly improve the fuel efficiency of the pulsed guidance employed by the interceptor whose divert thrust level is fixed.     

基于H∞ 控制的非线性末制导律设计

 针对三维目标拦截问题,提出一种新的具有强鲁棒性的非线性H_∞末制导律。基于三维弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统扰动,建立了弹目相对运动的数学模型。同时,基于零化弹目视线角速率的思想,提出一种全局非线性H_∞稳定控制策略,得到了连续的非线性末制导律。该方法利用Lyapunov稳定性理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性,并且无需求解哈密尔顿-雅可比-艾萨克斯（HJI）偏微分方程,同时也无需控制弹目相对运动速度。数字仿真表明,和比例导引律相比,这种制导律对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

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。     

临近空间动能拦截器神经反演姿态控制器设计

为满足临近空间动能拦截器姿态控制快速性、准确性和鲁棒性的要求,设计了一种自适应神经反演姿态控制器。首先,建立了姿控发动机侧喷干扰模型,并推导了包含质心漂移、参数摄动和外界干扰的三通道强耦合模型;其次,设计了自适应神经反演姿态控制器,为提高控制精度,采用径向基函数（RBF）神经网络对各个通道的不确定项进行估计和补偿,并基于最小学习参数的思想,将神经网络学习参数拟合为一个参数,提高了RBF计算效率,保证了估计的实时性。最后,采用伪速率（PSR）脉冲调制器将设计的连续控制律转化为脉冲控制律,实现了拦截器的变推力控制,并克服了脉冲脉宽调制（PWPF）调制器相位滞后问题。数字仿真表明,所设计的控制器收敛速度快,控制精度高,对强扰动具有鲁棒性。     

基于Backstepping和扰动观测器的导引律

考虑目标机动和自动驾驶仪动态特性等情况,基于扰动观测器(DOB)技术及Backstepping的设计思想,提出了一种新型的三维导引律。运用Backstepping的设计思想,将包含驾驶仪动态特性的制导环路分为外环和内环两个环路。将目标机动及俯仰和偏航平面间的交叉耦合项当成外环扰动,将驾驶仪参数不确定当成内环扰动,分别设计内外扰动观测器将它们估计出来,利用估计值做前馈补偿得到的外环控制器可抑制目标机动对制导精度的影响及实现两个平面的解耦控制,内环控制器补偿驾驶仪动态特性对制导精度的影响。导引律的设计在于使得导弹的实际加速度跟踪上外环的虚拟控制。仿真结果表明:在目标做大机动、考虑驾驶仪动态特性的情况下,这种导引律仍然具有良好的制导精度。