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。     

高超声速飞行器拦截中制导律设计

针对拦截高超声速飞行器的要求,基于最优控制理论,利用积分滑模的思想设计了拦截高超声速飞行器的中制导律。分析了拦截弹的中制导与末制导交班条件,利用二次型最优控制方法求得最优制导律;面对目标的机动情况,利用积分滑模控制方法对最优制导律进行改进,最终得到积分滑模最优中制导律。仿真结果表明,所设计的中制导律不但能够满足最优制导律的约束条件,还能够降低过载的需求,抑制视线角速度的波动,具有良好的制导性能。     

现实真比例导引拦截任意机动目标捕获区域

主动机动突防技术的发展给大气层外动能拦截带来了严重困难。假设目标机动加速度方向垂直于弹目视线、形式任意且有界，分析了用于大气层外拦截制导的现实真比例导引律（RTPN）对该任意机动目标的捕获区域。首先在考虑拦截器存在机动过载饱和限制的情况下，推导了比例导引系数的选择范围，可使RTPN的制导指令加速度在拦截过程中不超过拦截器饱和过载；其次基于不等式分析方法，在不考虑拦截器过载限制时，推导了RTPN对任意机动目标的捕获区域；然后结合拦截器机动过载限制，推导了RTPN对任意机动目标的更加实用的捕获区域；最后通过数值仿真算例，验证了所提出的理论。     

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。     

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。     

反舰导弹最优滑模制导律仿真研究

针对传统比例导引法攻击机动目标的不足,建立了三维空间中反舰导弹和目标的相对运动模型,在研究反舰导弹攻击非机动目标的最优制导律基础上,利用俯仰和偏航两个平面相叠加的方法,结合滑模控制理论设计了工程上易于实现的三维模型下的反舰导弹最优滑模制导律。仿真结果表明,给出的导引律在攻击机动目标时制导精度高、脱靶量小,导引控制过程具有良好的动态性,性能明显优于传统的比例导引律。     

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。     

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。     

超声速拦射导弹的一种预测变结构中制导律

针对攻击超声速大机动目标的超声速拦射导弹的中制导律设计问题,基于变结构控制理论并结合预测导引的思想提出一种预测变结构中制导律。该制导律能够零化导弹速度前置角,交班时过载较小,从而很好地满足中末交班要求。通过调节预测步长,在目标作大机动的情况下,既能保证中末交班时几乎为零的导弹速度前置角,又能有效地减小交班时导弹法向过载。最后在Matlab/Simulink环境下对攻击超声速蛇形机动目标进行了仿真,仿真结果表明了所设计的制导律的正确性和攻击超声速大机动目标的有效性。     

基于双幂次趋近律的变结构末制导律设计

针对拦截机动目标问题,提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性变结构末制导律。基于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。并基于零化弹目视线角速率的思想,利用一种新的双幂次趋近律设计方法,得到了非线性变结构末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论,严格证明了制导系统的全局渐近稳定性。数字仿真结果表明,所设计的制导律与比例导引律相比,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。     

Three-dimensional time-varying sliding mode guidance law against maneuvering targets with terminal angle constraint

This paper deals with the problem of intercepting maneuvering targets with terminal angle constraints for missiles subjected to three-dimensional non-decoupling engagement geometry.To achieve the finite-time interception and satisfactory overload characteristics, a time varying sliding mode control methodology is developed based on a time base generator function. The main feature of the proposed guidance law guarantees the Line-of-Sight(LOS) angles to converge to small neighborhoods of the desir...     

STUDY OF OPTIMAL SLIDING-MODE GUIDANCE LAW

An optimal guidance law based on missile-target line-of-sight (LOS) angular rate is presented for intercepting a nonmaneuvering target. It is then integrated with sliding-mode control theory by using reaching-law of sliding-mode, in order to derive an optimal sliding-mode guidance law for intercepting a maneuvering target. The new guidance method's robustness against target maneuvers and good miss distance performance are proved by the second method of Lyapunov and simulation results. The presented guidance law is simple to implement in practical applications.     

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。     

空-空导弹全向攻击最优制导规律研究

 将发射瞬时所确定的平行接近弹道作为基准弹道,由于各种干拢所引起的相对于基准弹道的偏离作为偏差来处理;用最优控制理论导出空-空导弹进行全向攻击的最优制导律,此制导律包含目标加速度反馈。当目标作非机动飞行时,最优制导律是一种变比例系数的比例制导。数字仿真结果表明:在相同条件下,最优制导弹道需用过载、终端脱靶量均小于比例制导,特别是从目标前方攻击时,其制导精度大大优于比例制导。     

基于有限时间理论的临近空间拦截器末制导律PWPF调节器研究

针对拦截临近空间高速机动目标,基于有限时间理论,设计了有限时间收敛末制导律和脉冲宽度脉冲频率（PWPF）调节器。首先,介绍了加入PWPF调节器的末制导数学模型及工作原理;其次,设计了有限时间收敛制导律,应用有限时间理论证明了收敛条件和性质,并推广到推力受限条件下;最后,考虑视线（LOS）角速率快速收敛和发动机最小工作时间要求,设计了PWPF调节器参数。仿真结果表明,视线角速率在制导结束前的有限时间收敛至零,对目标机动具有鲁棒性,具有较高的制导精度,避免了发动机频繁开启,节省了燃料。     

Optimal guidance of extended trajectory shaping

To control missile＇s miss distance as well as terminal impact angle, by involving the timeto-go-nth power in the cost function, an extended optimal guidance law against a constant maneuvering target or a stationary target is proposed using the linear quadratic optimal control theory.An extended trajectory shaping guidance（ETSG） law is then proposed under the assumption that the missile-target relative velocity is constant and the line of sight angle is small. For a lag-free ETSG system, closed-form solutions for the missile＇s acceleration command are derived by the method of Schwartz inequality and linear simulations are performed to verify the closed-form results. Normalized adjoint systems for miss distance and terminal impact angle error are presented independently for stationary targets and constant maneuvering targets, respectively. Detailed discussions about the terminal misses and impact angle errors induced by terminal impact angle constraint, initial heading error, seeker zero position errors and target maneuvering, are performed.     

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...     

考虑驾驶仪动态特性的固定时间收敛制导律

针对打击机动目标的制导问题，设计了一种同时考虑攻击角度约束、自动驾驶仪动态特性和固定时间收敛的新型制导律。首先，基于非奇异终端滑模控制和固定时间稳定性理论，采用反步递推方法设计制导律。在制导律设计过程中，设计了一种固定时间收敛的非奇异终端滑模面，基于固定时间控制和滑模控制，设计虚拟控制律，构造一种非线性一阶滤波器解决传统反步设计中的"微分膨胀"问题。基于超螺旋算法和固定时间稳定性理论，设计了一种固定时间收敛的滑模干扰观测器，用于估计目标机动等干扰。然后，基于Lyapunov稳定性理论，对制导律的固定时间稳定性进行了证明，并给出了收敛时间的表达式。最后，通过仿真分析，验证了所提制导律的有效性，和现有制导律相比，所提制导律具有较高的制导精度和角度约束精度、较快的系统收敛速度以及较少的能量消耗。     

Three-dimensional adaptive finite-time guidance law for intercepting maneuvering targets

To intercept maneuvering targets at desired impact angles, a three-dimensional terminal guidance problem is investigated in this study. Because of a short terminal guidance time, a finitetime impact angle control guidance law is developed using the fast nonsingular terminal sliding mode control theory. However, the guidance law requires the upper bound of lumped uncertainty including target acceleration, which may not be accurately obtained. Therefore, by adopting a novel reaching law, an adaptive sliding mode guidance law is provided to release the drawback. At the same time, this method can accelerate the convergence rate and weaken the chattering phenomenon to a certain extent. In addition, another novel adaptive guidance law is also derived; this ensures systems asymptotic and finite-time stability without the knowledge of perturbations bounds.Numerical simulations have demonstrated that all the three guidance laws have effective performances and outperform the traditional terminal guidance laws.