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。     

防空导弹任务规划与协同控制技术研究

针对防空导弹拦截群目标的任务需求，提出了多弹协同作战框架。考虑到实际拦截过程中弹目相对速度和角度较大的问题，建立了导弹拦截目标的能力预测模型，以确保分配结果处于导弹攻击能力范围内，并采用了改进的粒子群优化算法进行任务分配。然后为了兼顾协同制导和命中精度的要求，基于弹道成型和偏置比例导引的思想，结合一致性理论，设计了多弹时间/角度协同制导律。最后通过4枚导弹拦截3个目标的典型场景仿真，证明了方案的有效性。     

反临近空间高超声速飞行器中末交接视角研究

针对临近空间高超声速飞行器的拦截问题,研究了拦截弹中末制导交接班时的导引头视角优化问题。首先,分析了临近空间大气环境及其对红外传输的影响,表明该空域适合红外探测器工作;然后,针对临近空间高超声速目标的红外特性设计了红外导引头方案;最后,将目标视为点源目标,建立了探测距离计算模型和大气透过率工程计算模型,研究了导引头探测距离与探测视角的关系。研究结果表明:针对临近空间高超声速目标,自上而下的探测方式有利于增加导引头探测距离;拦截弹中制导段弹道宜采用高抛再入式弹道。     

异构多导弹系统自适应分布式协同制导

针对异构多导弹系统的分布式协同制导问题,在传统比例导引律的基础上设计出一类领航跟随分布式协同制导律。运用代数图论、分布式网络同步原理以及非线性系统一致性理论,领弹采用基于固定系数的比例导引律,从弹采用基于可变系数的参数自适应比例导引律。该领航-跟随分布式自适应协同制导律可使领弹和从弹实现对目标的同时攻击,且各相邻导弹间仅传输各自的可测状态信息,算法具有较低的通信代价和较好的可扩展性。最后给出了相关数值仿真算例,仿真结果验证了控制算法的有效性。     

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。     

助推段防御比例导引法研究

基于助推段防御和比例导引法,分析了拦截弹与目标导弹的相对运动关系并给出了比例导引方程;采用差分法分析了拦截弹与目标导弹的位置关系、构建了数学模型并推导了拦截弹的差分方程;以拦截时间和拦截弹道为研究对象,分析了拦截弹的速度和比例系数对拦截时间和拦截弹道的影响,并对比例导引法的拦截弹道进行了三维仿真。仿真结果表明,助推段防御使用变系数比例导引法,可有效缓解拦截时间与拦截弹机动性之间的矛盾。     

越肩发射反导拦截弹复合制导律研究

研究了优化反导拦截弹的越肩发射制导律,实现了对尾追目标的拦截,采用伪谱法和滑膜变结构理论设计了全弹道复合制导规律。利用Radau伪谱法求解以转弯时间最优为指标泛函的最佳转弯规律,通过曲线拟合给出了初制导转弯段的过载指令。选择零控脱靶量作为滑动模态对末制导律进行设计;利用这两种制导律的加速度指令构造了交接班导引律实现弹道的平滑。最后,对载机越肩发射反导拦截弹拦截来袭导弹的反导场景进行了数字仿真,结果表明所设计的复合制导律能够完成反导拦截任务。     

领弹控制下的多导弹时间协同三维制导律

采用领弹一被领弹策略,在三维空间内设计了一种多导弹时间协同制导律。领弹在俯仰和偏航2个通道都采用增广比例导引,而被领弹在俯仰通道采用增广比例导引,但在偏航通道采用机动控制。该机动控制使被领弹与领弹在偏航面内达到时间协同,即在偏航面内被领弹与领弹的弹道曲率大小（相对于速度而言）趋于一致。俯仰通道上的增广比例导引使被领弹与领弹在该通道上的前置角逐渐趋于0,致使它们的弹道完全落于偏航面内,最终实现被领弹与领弹的协同,这意味着被领弹按照领弹的攻击时间攻击目标。在设计被领弹偏航通道的机动控制指令时,采用了动态逆方法。仿真结果验证了方法的有效性。     

过载约束下的大机动目标协同拦截

研究了非线性拦截几何下具有过载约束的多枚弱机动能力的导弹拦截强机动能力的目标的协同拦截问题。首先，在建立导弹的可达域、导弹的可行域以及目标的逃逸域这3个概念的基础上提出了非线性拦截几何下的基于逃逸域覆盖的协同拦截策略，并提出了基于标准弹道的设计方法。然后，给出了协同拦截制导律的形式，研究了导弹的末制导初始阵位、制导律参数以及导弹对目标机动的覆盖区域这三者间的关系，并设计了数值求解算法来实现对多弹的覆盖区域的分配、协同制导律的设计以及多弹初始拦截阵位的配置。最后，对理论结果进行仿真。结果显示，多枚机动性较小的导弹，通过初始拦截阵位的合理配置和协同拦截制导律的合理设计，可以实现对机动性能较强的目标的协同拦截。     

领航跟随多导弹系统分布式协同制导

研究了具有领弹-从弹网络结构的多导弹分布式协同制导问题,首先运用代数图论和非线性系统一致性理论,分析了导弹局部通信拓扑与领弹-从弹网络化分布式协同制导系统性能之间的关系,进而设计了一类分布式的多弹协同制导律.该分布式协同制导可使领弹和从弹同时到达目标,且各相邻导弹间仅传输各自的可测状态信息,算法具有较低的通信代价和较好的可扩展性.最后给出了相关数值仿真算例,仿真结果验证了相关控制算法的有效性.     

Distributed cooperative guidance for multiple missiles with fixed and switching communication topologies

This study investigates cooperative guidance problems for multiple missiles with fixed and switching directed communication topologies.A two-step guidance strategy is proposed to realize the simultaneous attack.In the first step,a distributed cooperative guidance law is designed using local neighboring information for multiple missiles to achieve consensus on range-to-go and leading angle.The second step begins when the consensus of multiple missiles is realized.During the second step,multiple missiles disconnect from each other and hit the target using the proportional navigation guidance law.First,based on the local neighboring communications,a sufficient condition for multiple missiles to realize simultaneous attack with a fixed communication topology is presented,where the topology is only required to have a directed spanning tree.Then,the results are extended to the case of switching communication topologies.Finally,numerical simulations are provided to validate the theoretical results.     

多导弹编队齐射攻击分散化协同制导方法

针对多导弹编队齐射攻击在时间上的协同要求,将攻击时间可控制导律(ITCG)与一致性分散化协调算法相结合,提出一种多导弹编队齐射攻击的分散化协同制导方法.编队内各导弹采用相邻局部通信,编队之间则通过各编队通信拓扑生成树的根节点进行通信.设计了导弹编队内和编队间的分散化协调策略,实现多导弹编队齐射攻击的分散化协调.推导了攻...     

多导弹系统协同攻击机动目标分布式制导律

基于增强型比例导引律和分布式网络同步理论,设计了一类攻击机动目标的多导弹系统分布式协同制导律。该制导律由各导弹本地制导律和分布式协同导引策略两部分组成:本地制导律为增强型比例导引律,进一步利用代数图论和非线性系统一致性理论,得到基于邻接个体信息交互的分布式协同制导律,实现多导弹对目标的同时协同攻击;该分布式协同制导律仅需视距内各相邻导弹间互相传输各自的状态信息,算法具有较低的通信代价和较好的可扩展性。最后给出了相关数值仿真算例,仿真结果验证了算法的有效性。     

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。     

考虑目标安全性的最优协同拦截制导律研究

针对目标和其发射的拦截弹对来袭攻击弹进行协同拦截问题,设计了一种最优协同拦截制导律。建立描述目标、攻击弹和拦截弹三者相对运动关系的模型,引入零控脱靶量对模型进行降阶处理。考虑拦截弹对攻击弹的拦截精度、拦截末端时目标的安全性以及目标、拦截弹的控制能量问题,基于攻击弹-拦截弹零控脱靶量、攻击弹-拦截弹终端横向相对运动速度零控脱靶量、目标-攻击弹零控脱靶量以及目标和拦截弹的加速度,建立了性能指标函数,同时考虑目标和拦截弹加速度的有限性,基于极小值原理设计了最优协同拦截制导律。仿真结果表明,相比目标和拦截弹独立飞行的情况,采用协同拦截制导律,在考虑了目标安全性的前提下,机动性较弱的拦截弹能够以较平直的弹道成功拦截攻击弹。     

A joint mid-course and terminal course cooperative guidance law for multi-missile salvo attack

Salvo attacking a surface target by multiple missiles is an effective tactic to enhance the lethality and penetrate the defense system. However, existing cooperative guidance laws in the mid-course or terminal course are not suitable for long- and medium-range missiles or stand-off attacking. Because the initial conditions of cooperative terminal guidance that are generally generated from the mid-course flight may not lead to a successful cooperative terminal guidance without proper mid-course flight adjustment. Meanwhile, cooperative guidance in the mid-course cannot solely guarantee the accuracy of a simultaneous arrival of multiple missiles. Therefore, a joint mid-course and terminal course cooperative guidance law is developed. By building a distinct leader-follower framework, this paper proposes an efficient coordinated Dubins path planning method to synchronize the arrival time of all engaged missiles in the mid-course flight. The planned flight can generate proper initial conditions for cooperative terminal guidance, and also benefit an earliest simultaneous arrival. In the terminal course, an existing cooperative proportional navigation guidance law guides all the engaged missiles to arrive at a target accurately and simultaneously. The integrated guidance law for an intuitive application is summarized. Simulations demonstrate that the proposed method can generate fast and accurate salvo attack.     

无导引头也无惯导导弹的协同制导

为了在不依赖导弹间实时通信与导弹绝对位置信息的情况下实现无导引头也无惯导导弹的"发射后不管"，考虑为无导引头也无惯导导弹安装两个捷联探测器，从而可对有导引头导弹上的两个特定目标点进行探测。在此基础上，针对静止点目标分别采用一般的负反馈控制方法以及有限时间收敛原理设计了2种协同末制导律，并针对静止面目标采用动态逆控制设计了1种协同末制导律。上述协同制导律均可在有导引头导弹命中目标前实现无导引头也无惯导导弹的速度方向指向其攻击目标，而此后无导引头也无惯导导弹只需要作直线运动即可命中其攻击目标。仿真结果验证了上述协同制导律的有效性以及优势。