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。     

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。     

基于最优控制的高速飞行器突防技术研究

以空战飞机突防为背景,基于最优控制对高速飞行器的突防技术进行研究。分别建立了高速飞行器运动模型、拦截弹运动模型和相对运动模型。为了实现突防,设计高速飞行器和拦截弹的视线角速率在某一时刻趋于无穷大,并将此作为终端约束;考虑高速飞行器控制能量最小,建立性能指标函数,基于最优控制理论设计突防制导律。仿真结果表明,采用最优突防制导律的高速飞行器能够突破防御弹的拦截,且控制能量要小于蛇形机动和方波机动突防策略所需的控制能量。     

带角度约束的多飞行器编队协同拦截制导律设计

针对多枚飞行器协同拦截同一目标的问题,在最优控制与时间调整相结合的基础上,设计了一种带有时间约束与角度约束的协同制导律。首先,在初始时刻(或中段制导结束时刻),根据初始状态及终端角度约束情况,以指定策略为编队中的各飞行器分配拦截角度。其次,采用线性化最优控制的设计方法,解算带有拦截角度约束的最优导引指令。最后,在求解针对运动目标的飞行器剩余时间估计的基础上,根据一致性的方法推导时间调整项的导引指令。仿真结果表明,在典型背景下,设计的制导律能够使多枚飞行器以特定的编队构型协同拦截同一目标,从而有效提高拦截概率。     

一种利于交班的舰空导弹最优中制导律设计

针对舰空导弹超视距拦截低空飞行目标问题,在复合制导的中制导段,建立了导弹拦截目标的相对运动模型,依据制导平台无线电指令修正信息,考虑舰空导弹拦截低空目标时的飞行速度特性,给出了预测遭遇点的实时解算模型,并确定了利于中末制导交班的中制导终端约束条件。基于拦截预测遭遇点,引入伪控制量的概念,应用线性二次型最优控制理论,设计了一种基于拦截预测遭遇点的利于制导交班的最优中制导律,仿真结果验证了预测遭遇点实时解算模型和最优中制导律的正确性与有效性。     

高超武器与常规导弹协同攻击策略可行域研究

对于高超声速武器与常规导弹协同攻击问题,提出一种同时满足法向过载约束、遭遇时间约束与终端角度约束的协同攻击策略。为提高突防能力,实现战术隐身效果,具有常规气动外型的导弹从目标正面进攻;高超声速导弹利用自身高速和大范围持续高机动能力,绕到雷达视场盲区,从目标两侧进攻;两类导弹的同时命中将对目标形成多对一的打击态势。考虑到实际工程中两类导弹机动能力的限制,推导出了保证协同攻击策略可行的充分条件,得到了协同攻击策略可行域的解析解,并分析了可用过载、飞行速度与攻击阵位对可行域的影响。仿真结果表明,协同攻击策略可以满足给定的多个约束条件,具有良好的可行性。     

基于自适应动态规划的反高超武器微分对策制导律

随着各国高超声速技术的武器化进程加快,对反高超声速武器拦截技术的研究也不断深入,高超声速 武器高速度、大范围主动博弈突防的拦截制导问题成为拦截制导律设计领域的研究热点。针对具有主动博弈突防能力的高超声速目标拦截场景进行微分对策问题建模,并采用基于双启发式的自适应动态规划算法,对连 续非线性系统的微分对策纳什均衡解进行求取;通过 Matlab数字仿真对设计的拦截制导方法进行验证。结果 表明:相较于最优滑模制导律,基于自适应动态规划的微分对策制导律对目标的逃逸机动具有更强的适应性, 能够获得更高的拦截精度。     

一种可实现的离散时间最优末制导律

提出了一种可实现的离散时间最优末制导律,该制导律在导弹导引头获取的目标加速度信息的基础上,以时间最优为设计指标,可动态调整最优控制量,能够适应目标末端机动,并采用变周期算法以提高收敛速度。仿真结果表明,该制导律能够满足给定脱靶量要求,成功拦截目标。     

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。     

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。     

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.     

Optimal guidance against active defense ballistic missiles via differential game strategies

The optimal guidance problem for an interceptor against a ballistic missile with active defense is investigated in this paper. A class of optimal guidance schemes are proposed based on linear quadratic differential game method and numerical solution of Riccati differential equation. By choosing proper parameters, the proposed guidance schemes are able to drive the interceptor to the target and away from the defender simultaneously. Additionally, fuel cost, control saturation, chattering phenomenon and parameters selection were taken into account. Satisfaction of the proposed guidance schemes of the saddle point condition is proven theoretically. Finally, nonlinear numerical examples are included to demonstrate the effectiveness and performance of the developed guidance approaches. Comparison of control performance between different guidance schemes are presented and analysis.     

APPLICATION OF DIRECT BTT GUIDANCE LAW BASED ON NONLINEAR INVERSE SYSTEM THEORY TO INTEGRATED FIRE／FLIGHT SYSTEMS（IFFS）

ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＤＩＲＥＣＴ　ＢＴＴ　ＧＵＩＤＡＮＣＥ　ＬＡＷ　ＢＡＳＥＤ　ＯＮ　ＮＯＮＬＩＮＥＡＲ　ＩＮＶＥＲＳＥ　ＳＹＳＴＥＭ　ＴＨＥＯＲＹ　ＴＯ　ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ　ＦＩＲＥ／ＦＬＩＧＨＴ　ＳＹＳＴＥＭＳ（ＩＦＦＳ）ＭａＸｉａｏ...     

攻击角约束的拦截弹制导控制一体化设计

针对拦截弹的攻击角约束制导问题,提出了一种基于反演滑模和扩张状态观测器(ESO)的制导控制一体化(IGC)设计方法。首先,基于弹目相对运动方程和拦截弹的非线性动力学方程,建立了拦截弹IGC模型,设计了ESO估计目标加速度和自动驾驶仪回路的干扰;在此基础上,基于干扰估计值和反演滑模方法,设计了IGC算法获取虚拟控制力矩,同时基于李雅普诺夫理论分析了闭环系统的稳定性;然后,利用动态控制分配技术将所获取的期望控制力矩分配到实际执行机构;最后,通过仿真结果验证了所设计的IGC+ESO算法的有效性。     

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。     

Optimal predictive sliding-mode guidance law for intercepting near-space hypersonic maneuvering target

The design of optimal guidance law for intercepting a near-space hypersonic maneuvering target with bounded inputs is considered. Firstly, a maneuvering model for near-space hypersonic aircraft is given. Then, the aircraft acceleration prediction can be obtained using this model with two neural networks. By using the target acceleration prediction, which is taken into account when calculating the Zero Effort Miss(ZEM), an optimal sliding-mode guidance law is proposed to fulfill the guidance task...     

燃料电池无人机能源管理与飞行状态耦合

开展了燃料电池/锂电池（简称燃锂）混合动力无人机的能源管理与飞行状态耦合研究。综合顶层飞行任务规划与底层能源系统管理，以动力系统模型为耦合点联立能源系统与无人机运动方程，建立能源状态与运动状态耦合模型。针对燃锂混合最紧密的爬升过程，以迎角、转速和燃料电池的放电功率作为控制变量，建立了燃料消耗最小的能源管理与航迹规划耦合最优控制问题，研究不同爬升高度对最优控制过程的影响，并与模糊控制能源管理策略进行对比分析。针对大功率短时爬升和小功率长时巡航的典型任务特点，建立了燃锂最优混合问题。研究了最优的锂电池容量和燃料电池功率水平的混合量，以及爬升和巡航两阶段最优功率分配和飞行状态，分析了不同巡航目标高度对最优混合量和飞行状态的影响。结果表明：采用能源与航迹耦合的最优控制策略在给出最优功率流分配的同时，能够很好地兼顾飞行状态控制；对燃锂混合和飞行状态的综合优化可以有效地处理爬升和巡航阶段的能源需求矛盾，在给出最优燃锂混合量和飞行状态的同时，降低整个任务过程的燃料消耗。     

基于视线角速率的最优增量制导技术研究

提出一种基于视线角速率最优的制导方案。方案从最优控制的性能指标函数出发,通过求解一个Riccati方程和相关约束条件,并对系统进行一系列的相关的理想化的假设,得到系统的一般形式的制导指令。同时,为了避免制导指令在正负之间的频繁切换,根据偏置比例制导的原理,在制导指令中引入一个制导指令的增量,来减轻这一问题,并与传统的比例制导进行比较。仿真结果表明,这种制导方法相对于比例制导律而言,精度较高,性能优良,具有一定工程参考意义。     

Linear-quadratic and norm-bounded differential game combined guidance strategy against active defense aircraft in three-player engagement

A new type of guidance strategy, combining linear quadratic and norm-bounded game theory, is proposed for the scenario of an attacker against active defense aircraft in three-player engagement. The problem involves three players, an attacker, a defender and a target. The differential game theory and the solution of Hamiltonian equation are utilized to obtain the combined guidance strategy for each player with arbitrary-order dynamics. The game process is divided into 4 phases, C1-C4, according to the switching time. The linear quadratic differential game guidance scheme is employed to reduce the fuel cost in the game parts of C1 and C3. The norm-bounded game guidance strategy is adopted to satisfy the constraint of control input in the game stages C2 and C4. Furthermore, zero-effort miss distance is introduced to meet the constraints of game space and defender’s killing radius in the guidance strategy, which guarantees that the attacker is able to avoid the interception of the defender and hit the target with lower fuel cost and maximum acceleration. And it is proved that the proposed guidance strategy satisfies the Nash equilibrium condition. Finally, the feasibility and superiority of combined guidance strategy are respectively illustrated by nonlinear numerical simulation and verified by comparing with linear quadratic and norm-bounded differential game guidance strategies.     

Impact time control guidance against maneuvering targets based on a nonlinear virtual relative model

Aiming at the problem of high-precision interception of air-maneuvering targets with impact time constraints, this paper proposes a novel guidance law based on a nonlinear virtual relative model in which the origin is attached to the target. In this way, the original maneuvering target is transformed into a stationary one. A polynomial function of the guidance command in the range domain with two unknown coefficients is introduced into the virtual model, one of the coefficients is determined to ...