基于纯比例导引的拦截碰撞角约束制导策略

拦截碰撞角约束制导是当前导弹制导研究的关键问题之一。首先基于理想比例导引（IPN）律拦截非机动目标的解析解,推导了纯比例导引律（PPN）拦截固定目标的解析解,得到了弹目相对距离、制导指令加速度和导弹前置角的显示表达式,并进一步得到了拦截碰撞角与弹目相对运动状态和比例导引系数之间的解析表达式。其次,基于该解析表达式,提出了基于PPN的拦截碰撞角约束制导策略（PPNIACG）,并探讨了在铅垂面内进行落角约束打击和水平面内进行拦截碰撞角约束打击的2种实现方式。最后,以弹道成型制导律（TSG）和最优碰撞角约束制导律（OIACG）为参考,通过数值仿真算例,对PPNIAC的拦截性能进行了对比分析,验证了所提出制导策略的有效性和正确性。     

顺轨拦截模式剩余飞行时间估计方法

匹配顺轨和逆轨拦截模式的估计方法是精确计算剩余飞行时间(TGO)的必要条件,适用于逆轨拦截模式的TGO估计方法并不适于顺轨拦截模式。为此,针对顺轨拦截模式,分别提出了拦截机动/非机动目标的TGO估计方法。通过对线性制导方程的变形求解出了拦截弹的飞行弧长,并根据预测的碰撞点位置求得了TGO估计的解析式。该求解方法通用性强,适用于弹道成型制导律的TGO估计。以负比例(RPN)和扩展RPN(ARPN)为制导框架,与经典方法进行对比,所提出的TGO估计方法精确度高,能够有效提高导弹的制导性能。     

基于动态逆方法的三维制导律研究

基于零化视线角速率思想,设计了三维非线性动态逆制导律。首先建立了导弹和目标空间运动学模型和相对运动学模型;然后利用动态逆方法,将制导问题转化为角度跟踪控制问题,将导弹弹道倾角和弹道偏角作为反馈项,补偿输入动态项,将非线性控制问题转化为线性化问题进行求解,未出现隐动态,推导出了三维空间动态逆制导指令;最后运用带有延迟环节的三阶自动驾驶仪模型进行了仿真。结果表明,该制导律具有拦截机动目标的能力,且相对于比例导引,拦截时间短,脱靶量小,导弹过载变化平稳。     

反吸气式临近空间飞行器空基拦截弹制导律设计

临近空间高超声速飞行器的出现和应用,为传统防空系统提出了新的挑战。提出了一种反临近空间高超声速吸气式飞行器巡航段空基拦截方案,并设计了基于末角约束比例导引法的中制导律和空基拦截弹复合制导律。仿真结果表明,改进末角约束比例导引法能充分利用拦截弹中制导段过载承受能力,有效地加快了拦截弹达到期望末视线角的速度,改善了中末交班性能;所设计的拦截方案能够对典型机动目标实施有效拦截。     

带落角约束的圆弧比例导引律和偏置比例导引律的研究

为了实现导弹以一定落角命中目标,研究了两种带有落角约束的圆弧比例导引律和偏置比例导引律。首先建立弹目相对运动数学模型和框架动力学数学模型,然后阐述了两种导引律的基本原理,接着对导弹在三维空间内攻击静止与运动目标进行数学仿真试验,仿真实验证明两种导引律都能以较小的脱靶量和期望落角命中目标,最后从原理上和仿真实验上对两种导引律进行了对比研究。     

一种基于李群方法的新型三维制导律设计

使用李群方法设计了一种新型三维制导律。在俯仰、偏航通道之间存在强耦合关系时,基于双通道解耦的假设构造三维制导律变得困难,而基于李群方法则可以在不进行通道解耦的条件下进行制导律设计。本文首先基于矢量建立了三维制导的一般运动学模型,在给出了矢量的SO(3)群描述之后,按照SO(3)群上的广义比例 微分(PD)控制方式进行了制导律设计。所得到的三维制导律既能用于目标机动的制导,也能用于有终端约束的制导。该制导律在二维平面的简化结果与传统比例导引的结果一致。最后用典型飞行轨迹仿真验证了其可行性和良好的性能。     

圆弧预测变系数显式拦截中制导

为了满足临近空间机动目标拦截中制导预测和多约束要求，设计了一种基于圆弧预测的变系数显式拦截中制导方法。首先针对临近空间目标滑翔段飞行特性，提出了基于圆弧的几何目标预测方法，将目标机动轨迹近似为圆弧，通过多个间隔时刻的目标位置确定圆弧参数，依据圆弧预测轨迹估计剩余飞行时间，并以当前速度递推预测拦截点状态，进而推导了三维角约束显式制导律。在此基础上，通过在性能指标中构建动压权重函数，以飞行动压近似可用过载变化，设计了变系数显式制导律，实现了制导增益的自适应更新，从而可以使得需用过载在飞行全程中合理分配，满足可用过载约束。最后结合圆弧预测和变系数显式制导，实现了对机动目标的预测拦截。仿真结果表明所提方法具有较好的目标预测精度，而且可以满足终端交会角以及可用过载约束。     

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。     

Q-learning强化学习协同拦截制导律CSCD

为实现多枚导弹协同拦截机动目标,提升拦截效能,提出了一种Q-learning强化学习协同拦截制导律。首先,基于逃逸域覆盖理论,建立了非线性多弹协同拦截模型。其次,以视线角速率为状态,依据脱靶量构造奖励函数,通过离线训练生成强化学习智能体,并结合传统比例制导控制方法,构建基于强化学习的变导引系数制导律,实时生成实现协同拦截的制导指令。最终,通过数值仿真验证了所提算法的有效性和优越性。     

基于Lyapunov稳定性的扩展比例制导律设计

基于一般弹目平面运动模型,以视线角、视线角速率为状态变量将弹目运动关系转换为二阶控制系统状态空间表达,把制导律设计转化为系统控制律的设计问题.在此控制模型的基础之上,利用Lyapunov稳定性定理,以视线角速率平方项作为能量函数设计了一种新型的扩展比例导引律,与其他扩展比例导引律相比,该导引律不需要增加任何制导观测信息,可以有效抑制噪声影响,并将基于Lyapunov稳定性的末制导律设计方法推广到有终端角约束的制导律设计中.仿真结果比较表明,该制导律可以提高制导精度、有效减小制导信息中的噪声影响.     

神经网络最优闭环制导律设计

对于复杂的非线性导弹制导系统 ,很难求得其解析的最优制导律 ,只能求得开环的数字解 ,不能适用于具有时变不确定性的导弹制导系统。利用神经网络的学习和推广能力 ,对开环的数字最优制导律进行离线的学习 ,作为闭环的神经最优制导律在线应用。研究分别选择系统状态变量和视线角速率等不同的神经网络输入对制导系统性能的影响 ,以及各种制导律的鲁棒性问题 ,并采用模块化神经网络结构提高神经网络的学习和推广能力 ,仿真结果得到一些有益的结论。     

基于GRU的敌方拦截弹制导律快速辨识方法

针对拦截弹制导律辨识问题，基于门循环单元(GRU)神经网络提出了一种制导律辨识方法。首先，构建了三维空间下的拦截弹-我方飞行器相对运动模型，并假设拦截弹采用经典的比例导引(PN)制导律或增强比例导引(APN)制导律。由相对运动模型提取数据，构成训练样本集和测试样本集，样本输入为敌我双方运动学信息，标签为敌方拦截弹对应的制导律。其次，建立了包含三层隐含层的GRU网络模型，采用基于Adam算法的反向传播对网络进行训练，探究了样本时间跨度等因素对辨识准确度的影响。最后，通过数学仿真对网络参数进行了优化，并在多种条件下进行了仿真验证。结果表明，相比其他网络结构而言，所提方法采用GRU拥有良好的抗噪能力和辨识精度；同时，相比于基于卡尔曼滤波器的制导律辨识模型，所提方法能够大幅减少辨识所需时间。     

无人机空中加油自主会合的制导与控制

针对无人机空中加油的自主会合问题,进行了相应制导律和非线性控制器的设计。通过改进的带角度约束的三维比例制导律实现对航向角的控制,以协调转弯的方式将航迹角指令转化为姿态角指令。基于无人机六自由度的动力学模型,针对无人机的姿态控制,采用时标分离的方法设计了慢子系统和快子系统,并对这两个子系统分别进行动态逆控制设计。同时,基于滑模控制的方法设计了满足自主会合要求的速度控制律。在保证无人机飞行稳定的基础上,实现了对控制和制导指令的精确跟踪。仿真结果表明,所设计的制导律和控制律能够实现无人机空中加油的自主会合,具有良好的动态特性。     

拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律

对于多导弹协同拦截高超声速目标的问题,设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的异类导弹协同制导律:配备有高性能导引头的领弹采用改进比例导引法拦截目标;未配备导引头的从弹利用通信手段,采用二阶一致性跟踪算法,对领弹进行跟踪。两类导弹同时命中目标,形成"多对一"的拦截态势。异构型的制导策略可以降低对导引设备的需求,具备较理想的作战效费比。领弹与从弹的弹道均源于改进比例导引法,具有较理想的弹道特性。给出了协同制导律在固定拓扑与切换拓扑下成立的充分条件。算例仿真验证了所提出的制导律能够实现对高超声速目标的协同拦截,具有良好的可行性。     

具有碰撞角约束的三维圆轨迹制导律

 针对再入飞行器带碰撞角约束的导引问题,设计了一种新型三维(3D)制导律。改进并扩展了圆轨迹导引算法,定义了2个圆轨迹跟踪误差变量。通过对导引任务的分析,提出闭环修正导引方法。在此基础上,对再入飞行器制导过程的动力学方程进行解析推导,设计出能适应再入飞行器速度大小变化的三维闭环圆轨迹制导律(3CCGL)。数学仿真结果表明:此制导律能导引再入飞行器沿终端约束方向精确命中目标;同已有算法相比,该制导算法优势明显,其导引的飞行路径短,终端碰撞速度大,并能实现大角度转向攻击,大幅提高再入飞行器的末段机动能力。     

基于分数阶微积分理论的最优导引律设计

随着技术的发展及战场环境的日益复杂化,拦截机动目标的需求越来越大。然而传统制导律在拦截机动目标时存在制导精度差、末端过载突变的问题,故提出了一种基于分数阶微积分理论的最优导引律。首先,介绍了分数阶微积分的定义、性质及其数字实现方法;然后,分析了弹目相对运动关系,通过分数阶变阶次建模和最优控制理论推导出了分数阶导引律;最后,仿真结果表明：与传统比例导引法相比,所设计的分数阶最优导引律能够保持比例导引法良好的追踪性能且拦截时间能够缩短2s,末端过载值趋近于0。该方法解决了传统比例导引法在末端由视线角速率发散而导致的末端过载突变问题。     

基于虚拟视角约束的机动目标拦截制导方法

为使导弹能够以一定的末端攻击角度对机动目标进行拦截，提出了一种带有终端虚拟视角约束以及终端视线角约束的机动目标拦截制导方法。基于速度系各运动矢量之间的变换关系，建立了虚拟相对运动坐标系下的非线性模型，并将线性模型中多项式制导的思想创新性地引入到非线性模型中，通过末端虚拟视角约束以及末端视线角约束对关于弹目距离的多项式虚拟控制量进行求解，并根据虚拟矢量与运动矢量之间的变换关系得到速度系下的加速度指令表达式。针对不同制导系数、不同末端攻击角度及不同类型的机动目标等条件进行了仿真验证，同时与弹道成型制导律进行了仿真对比。仿真结果表明，所提出的制导律可以使导弹以期望的攻击角度拦截机动目标，末端虚拟视角收敛为零，避免了末端指令饱和现象。     

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...     

事件触发机制下具有视场约束的三维协同制导

针对多枚反舰导弹同时攻击舰艇目标的实际需求,考虑导引头视场角约束,研究了事件触发控制方式下的时间协同制导问题。基于三维耦合模型提出了一种由三维比例导引律（PNG）和事件触发偏置项组成的三维时间协同制导律,并给出了事件触发条件。该偏置项利用非线性函数来确保总前置角的有界性,以满足导引头的视场角约束,并且通过分布式事件触发一致性协议,使弹群的攻击时间能够收敛到一致,并有效降低协同控制系统更新频率,减少通信资源消耗。基于Lyapunov理论证明了所提出分布式协同制导律的稳定性,且不存在Zeno现象。最后,通过数学仿真验证了所提出的三维协同制导方法的有效性和鲁棒性。     

三维自适应终端滑模协同制导律

针对多枚导弹协同作战的问题,且多枚导弹之间保持有向拓扑通信的条件下,基于终端滑模法设计了视线方向及视线法向的双层协同制导律。其中,视线方向的制导指令能够保证导弹同时完成拦截任务;视线法向上的三维制导律能够保证每枚导弹以期望的视线角攻击目标,从而发挥各枚导弹的最大杀伤力,并且视线角的约束相当于规划了末制导段导弹的弹道问题,在一定程度上避免攻击目标前导弹间发生碰撞。同时,针对所设计的滑模制导律设计了新的自适应律,从而加快了滑模面的收敛速度并且削弱了由符号函数引起的系统抖振现象。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明了所设计制导律的正确性,并在最后给出了数学仿真实验,验证了所设计制导律的有效性及优越性。