基于双圆弧原理的协同制导律研究

为了突破舰艇配备的近程防御武器系统,反舰导弹需对攻击时间与攻击角度进行协同制导,以实施饱和攻击。文章基于双圆弧原理提出了一种多导弹攻击时间与攻击角度协同制导律。首先,采用双圆弧原理规划导弹的航路,将导弹导引到预定的攻击角度上。然后,根据待飞直线距离对待飞时间进行估算,求出预测时间误差,确定导弹按照特定的圆弧轨迹机动飞行的指令和机动飞行的时间,通过机动飞行来对时间误差进行补偿。最后,再利用所设计的导引律导引导弹攻击目标。     

带有攻击角度和攻击时间控制的三维制导

 在三维空间导引动力学与运动学模型的基础上,假设目标静止,而导弹本身以恒速运动,根据实际的攻击角度与设定的攻击角度误差,分析和设计了期望的视线（LOS）角运动学,基于李雅普诺夫稳定性理论设计了带有攻击角度控制的三维导弹导引律。为了对攻击时间进行预测与控制,假设导弹本身以恒速或者匀加/减速运动,先将导弹导引到预定的攻击角度上,根据待飞直线距离对待飞时间进行估算,再根据预测时间误差,确定导弹按照特定的圆弧轨迹机动飞行的指令和机动飞行的时间,通过机动飞行来对时间误差进行补偿,最后,再利用所设计的导引律攻击目标。给出了仿真结果。     

基于轨迹成型的攻击角度与时间控制

假定所成型的导弹飞行轨迹由圆弧段和直线段构成,直线段经过目标点且满足导弹末端攻击角度的要求,圆弧段起始于导弹初始位置且与直线段相切于待定的点,该点由指定的导弹攻击时间通过迭代算法得到。给出了可行的攻击时间范围。在轨迹成型的基础上,提出一种新的虚拟目标轨迹跟踪控制方法：在圆弧段提出一种前馈加反馈的复合控制方案,在直线段提出一种带角度控制的比例导引方案。该方法是一种几何方法,易于工程实施。仿真结果表明,该方法可以有效地同时对攻击角度与攻击时间进行控制。     

基于变结构控制理论的导弹平滑导引律研究

针对导弹采用变结构导引律攻击机动目标时,容易引起视线角速率的抖动现象,基于变结构控制理论,提出了一种设计简单、具有较好鲁棒性及准确性的平滑导引律。该导引律设计主要通过引入双曲正切函数,消除了攻击导弹的视线倾角增量变化律的抖动现象。通过仿真结果说明:在相同的攻击时间内,对比于比例导引律、变结构导引律,该导引律明显地减小攻击导弹的脱靶量,验证了该导引律的有效性。     

基于锥形运动的制导火箭速度控制导引律设计

针对制导火箭落点速度的约束要求,提出了一种采用锥形运动控制导弹飞行速度的导引方法。该方法首先设计了满足速度约束的虚拟目标理想运动轨迹,将导弹减速控制问题转化为对虚拟目标的追踪导引问题,通过建立制导火箭与虚拟目标的相对运动模型,分析了弹目相对位置和相对速度的关系,推导了具有速度控制的导引律一般形式,并采用动态逆控制理论设计了锥形运动控制指令和导引参数。通过数字仿真对比了不同落角约束条件下导弹锥形运动的速度控制效果,结果表明该方法设计的导引律能够满足制导火箭速度约束要求,且制导精度高、控制效果好,为导弹锥形运动速度控制技术提供了参考。     

BTT导弹的抖动抑制多模型切换控制

 基于线性系统特征结构配置和模型跟踪方法,以及优化工具,提出了可以有效抑制抖动的多模型切换控制策略,并用该策略设计了 BTT导弹俯仰 /偏航通道的自动驾驶仪。在导弹的整个飞行轨道上选取了若干点,分别建立起描述 BTT导弹俯仰 /偏航运动的线性时不变数学模型。对各个线性时不变模型,分别用特征结构配置方法设计反馈控制器对系统进行镇定。为了使导弹过载跟踪制导指令,又基于模型跟踪方法设计了前馈控制器。当导弹跨越不同特征点区域时,控制器要进行切换。为了减小切换时的抖动,针对切换后的特征结构配置反馈控制器,利用优化工具合理选取其自由度。仿真结果表明,所提出的方法令导弹的输出过载准确跟踪制导指令,而且切换抖动得到有效抑制。     

双视线角比例-微分主动防御导引律设计

为了克服飞机消极、被动式防御手段的缺点,引入主动防御概念,建立了主动防御目标机-攻击导弹-防御导弹的几何模型,提出了三视线重合的主动防御策略,并在此基础上设计了比例-微分主动防御导引律。首先,分别以几何模型中的内角T,M和外角σ作为被控对象,分析其对导引性能的影响,确定了以外角σ作为被控对象的比例-微分主动防御导引律;然后,分析了防御导弹指令加速度在初始时刻振荡的原因,并提出了相应的解决方法;最后,对主动防御导引律进行了修正。仿真分析表明,所提出的主动防御导引律能够有效用于对来袭导弹的拦截。     

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。     

一种弹目遭遇点预测方法

为充分利用舰空导弹中制导段所获信息并减小导弹中制导段的弹道曲率,给出一种弹目预测遭遇点的解算方法,并据此设计比例导引制导律。在初始发射坐标系中,假设目标由当前位置以当前速度大小沿当前速度方向匀速运动至遭遇点,导弹由当前位置以当前速度大小按照一定的导引规律匀速运动至遭遇点。在该假设条件下,导弹到达遭遇点的总航路大小一方面...     

离散滑模导引律设计

 基于平面内目标-导弹相对运动方程的离散形式,给出了离散滑模变结构导引律设计方法。推导出了一种与连续时间自适应滑模制导律的离散化形式相同的离散变结构导引律。在不需要知道目标法向加速度界限, 而只需要知道其在两个采样周期之间可能变化范围的条件下,设计了一种能显著降低系统抖动的离散滑模导引律,设计的同时给出了一种近似估计目标法向加速度的方法。从理论上证明了上述两种离散滑模导引律具有有限时间收敛的特性。讨论了离散滑模导引律的准滑动模态的切换带范围,给出了离散滑模导引律的终端脱靶量计算方法,最后以某空间拦截问题为实例验证了本文结果的正确性。     

一种带有过渡因子的下压指令设计方法

针对高超声速飞行器由滑翔段转入下压段的过程中运动状态无法快速与制导律进行匹配,从而引起弹道震荡的问题,设计了一种带有过渡因子的下压指令,改善了飞行器的过渡品质。首先,分析了高超声速飞行器平衡滑翔弹道,提出了平滑过渡的基本条件,并引入了一次函数、多项式、正弦、指数形式的过渡因子;然后,设计了3种带有过渡因子的下压指令;最后,通过仿真验证了下压指令的合理性。结果表明,该算法设计出的下压指令计算量小、制导精度高,且具有一定工程应用价值。     

大气层外动能拦截器末制导分析

以大气层外动能拦截器拦截战术导弹弹头为研究目的，建立了拦截器的六自由度运动学，动力模型，以及拦截器的轨控和资控发动机推力特性和控制模型。提出了修正比例导引律的实现方案，进行了末制导过程的仿真，并分析了影响脱靶量的一些因素。仿真结果表明，在轨控和姿控发动机的作用下，拦截器可以直接命中目标。     

短距起飞垂直着陆推力矢量无人飞行器减速过渡控制律设计

为实现短距起飞垂直着陆(STOVL)无人飞行器在推力矢量控制下的减速过渡,研究减速过渡阶段的控制律综合设计方法.首先通过分析STOVL无人飞行器减速过渡性能,对减速过渡推力矢量控制方案进行了评估;然后采用隐式动态逆方法设计导引律,为STOVL无人飞行器按预设任务减速过渡提供可达的控制指令;最后采用改进的特征结构配置方法进行内环控制律设计,跟踪导引指令并保持姿态稳定,伴随动压降低加入姿态喷管控制,辅助气动舵面稳定姿态.由全量六自由度飞行仿真结果表明:当减速过渡速度低于最小平飞速度以后,STOVL无人飞行器依然保持良好的航迹跟踪和姿态稳定.该方法完全采用直接配置法,有利于随控布局总体方案的快速评估.      

标准轨迹制导中准平衡滑翔条件优化研究

对于可重复使用运载器标准轨迹再入制导,准平衡滑翔条件可以将高度-速度平面内各项再入约束形成的飞行走廊,转换为倾侧角-速度空间内的倾侧角走廊.通过在倾侧角走廊内设计倾侧角曲线,可以生成满足飞行走廊的标准轨迹.通过论证标准轨迹再入制导过程中的准平衡滑翔条件及其物理意义,说明了由倾侧角走廊内的倾侧角曲线生成的标准轨迹,存在突破再入飞行走廊边界的可能性.通过对倾侧角走廊边界设置余度,极大地降低了标准轨迹突破再入飞行走廊边界的可能性,提高了标准轨迹的设计成功率.     

Radar-assisted collision avoidance/guidance strategy for planarflight

We propose a radar-assisted collision avoidance/guidance strategy (RACAGS) for flight vehicles on low altitude missions. The task of obstacle avoidance and guidance are integrated in a single collision avoidance/guidance strategy. The avionic aids and computational requirements are modest as the strategy mainly depends on range-map and inertial system information. The strategy is first implemented in a planar scenario and then extended to three-dimensional and nominal trajectory following flight scenarios. Several simulation studies are presented for illustration     

Trajectory prediction in pipeline form for intercepting hypersonic gliding vehicles based on LSTM

The interception problem of Hypersonic Gliding Vehicles (HGVs) has been an important aspect of missile defense systems. In order to provide interceptors with accurate information of target trajectory, a model based on an improved Long Short-Time Memory (LSTM) network for trajectory prediction pipeline is proposed for the interception of a skip gliding hypersonic target. Firstly, for trajectory prediction required by intercepting guidance laws, the altitude, velocity and velocity direction of the target are formulated in the form of analytic functions, consisting of linear decay terms and amplitude decay sinusoidal terms. Then, the dynamic characteristics of the model parameters are analyzed, and the target trajectory prediction pipeline is proposed with the prediction error considered. Finally, an improved LSTM network is designed to estimate parameters in a dynamically-updated manner, and estimation results are used for the calculation of the final trajectory prediction pipeline. The proposed prediction algorithm provides information on the velocity vector for midcourse guidance with the effect of prediction errors on interception taken into account. Simulation is conducted and the results show the high accuracy of the algorithm in HGVs’ trajectory prediction which is conducive to increasing the interception success rate.     

考虑捷联导引头最小视场角约束的制导策略

针对高超声速飞行器捷联导引头，提出导引头最小视场角（FOV）约束问题。首先分析了导引头视线角变化规律，指出在攻击固定目标时，导引头最小视场角约束在弹道末段无法被满足，导引头将丢失目标。在此基础上，基于缩短导引头丢失目标距离的目标，提出一种满足导引头最小视场角约束的制导策略。该策略不依赖于末制导律形式，当最小视场角约束无法被满足时，改变原有制导指令，主动改变弹道轨迹以增加弹体视线角，避免超出视场范围。其次，针对飞行器过载约束，设计了制导策略切换点，在到达切换点时该制导策略将结束工作，避免末端过载过大超出约束。通过对比仿真验证了所提出制导策略有效性，能够大幅度减少导引头丢失目标距离，工程上有利于提高末端命中精度。     

可重复使用运载器连续推力轨迹回转机动方法研究

针对可重复使用运载器(RLV)原场返回过程中所面临的轨迹回转问题,提出了一种在亚轨道高度进行姿态调整并使飞行轨迹回转、指向发射场方向的机动方法.在RLV与上面级分离之后,利用RLV自身推力抵消背离发射场速度,最终使RLV飞行方向指向发射场并进入再入返回阶段.采用连续推力方案,利用最优控制理论推导得出满足轨迹回转终端要求的机动指令.仿真结果表明,该方法能够实现RLV与上面级分离后轨迹迅速回转,可为之后的返回原发射场提供保障.     

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Kalman滤波的空天飞行器再入制导算法

针对空天飞行器应用传统数值预测校正再入制导算法实时性不佳的问题,提出一种基于Kalman滤波的预测校正制导算法。该算法采取四阶多项式拟合速度-高度飞行剖面,利用Kalman滤波估计选定的速度点对应的高度,得到满足再入走廊及航程要求的拟合系数。在此基础上,减少一个终端约束,增加一个待估计剖面参数,可实现对再入过程飞行时间的调节。研究发现,再入过程中通过在线辨识修正不确定性参数能够提高制导指令的适应性;飞行末段利用跟踪参考剖面制导可有效避免飞行速度与终端速度接近时发生拟合系数求解发散的问题。多组不同再入条件下的算例仿真结果表明,基于Kalman滤波的空天飞行器再入制导算法实时性好,制导精度高,能够实现飞行时间可控,具有较强的鲁棒性和工程应用潜力。