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。     

基于虚拟领弹的攻击时间和攻击角度控制

构造一枚虚拟领弹按指定的攻击时间和攻击角度以直线飞向目标。实际导弹通过机动以"等待"虚拟领弹的到来,导弹与虚拟领弹相遇后随其一起飞向目标,从而实现导弹的攻击时间和攻击角度控制。对于这种导弹对虚拟领弹的轨迹跟踪问题,建立了控制设计模型并采用了分阶段控制设计方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

多导弹三维编队控制

 多导弹编队控制可极大提高多枚导弹协同作战的效能。重点研究了多导弹编队控制涉及的2个主要问题：编队结构问题和三维编队保持控制器设计问题。提出了改进的领弹-跟随弹编队模式,结合多级分布式控制策略,解决了领弹失效时队形无法保持的问题;设计了基于相对误差的三维非线性跟随弹编队控制器,得到相应的跟踪控制律。不管领弹如何机动,跟随弹与领弹的相对距离始终为指定的期望值,同时跟随弹的速度、航向角和滚转角也能与领弹保持一致,通过仿真验证了所设计的编队控制器具有鲁棒性和稳定性。     

多导弹编队保持控制器设计

针对多导弹编队保持控制器设计展开研究。首先利用多智能体系统技术研究领弹与从弹的协同优化组织结构;其次针对面向编队飞行的从弹控制律和实现算法进行重点研究,利用惯性坐标系下从弹与领弹的坐标得到相对坐标差值,进一步利用误差的动力学特性设计了三维条件下基于从弹的稳定的编队控制器,实现对从弹的速度控制、弹道偏角控制和弹道倾角控制,在领弹机动情况下,从弹与领弹的相对距离始终为指定的期望值;最后通过仿真实验验证此编队控制器具有较强的鲁棒性和稳定性。     

一种导弹攻击时间协同导引律

研究了具有攻击时间约束的多枚导弹协同导引律。首先,根据各枚导弹的估计到达时间来指定攻击时间,并由指定攻击时间设计期望的弹目距离,使攻击时间控制问题转化为弹目距离跟踪问题;然后,引入导弹导引非线性模型,采用反馈线性化的方法将其转化为线性模型;最后,利用线性极点配置的方法设计出稳定的控制律。仿真结果证明,所有导弹都能非常精确地按照指定攻击时间到达目标。     

基于动态面控制的多弹协同制导控制方法

为实现多枚导弹对目标进行饱和攻击,基于动态面控制理论设计了具有攻击时间约束的制导控制方法.综合弹目距离方程和动力学方程建立了制导控制一体化模型,改进设计了基于弹目距离信息的协同策略;考虑导弹速度变化、目标运动、导弹框架角受限以及避免控制器奇异等因素,设计了协同策略中的关键参数,并给出了导弹群理想协同攻击时间的选取方法.在导弹控制输入受限的前提下,采用动态面控制理论设计了导弹扰动鲁棒控制器.仿真结果表明,所提方法能够在满足多种约束的前提下,以较高的精度实现对目标的饱和攻击.     

导弹靶弹弹道机动变轨通用控制指令设计

导弹进行一定强度的机动飞行,就能够提高突防能力,因而,在军事训练中需要具有末端机动变轨能力的靶弹.针对靶弹机动变轨弹道的设计问题,提出变轨通用控制指令设计形式,利用此设计可使靶弹位移与过载指令控制信号协调配合,控制靶弹实现跃升机动、蛇行机动、摆式机动和螺旋机动等变轨形式.通过仿真证明,此设计的变轨弹道通用控制指令,可以满足靶弹跃升机动、蛇行机动、摆式机动和螺旋机动等各种变轨形式的弹道设计要求.     

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。     

用于被动寻的导弹的带末端落角约束的变结构导引律

使被动寻的导弹在较低的平飞弹道情况下，以较小的俯冲过载和最佳攻击姿态精确命中目标；采用带落角约束的变结构导引律，对弹目距离及距离变化率进行估计，克服被动寻的导弹不能测距的约束，同时使切换开关增益随时间自适应变化以减小俯冲过载；利用某型在研被动寻的导弹的气动参数，对此变结构导引律进行了数学仿真，仿真结果表明，在较低的平飞弹道约束条件下及过载要求范围内，该导引律能以期望落角命中静止与机动的坦克目标，对弹目距离变化率及距离的较大估计误差具有较强的鲁棒性。     

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。     

Performance analysis of PNG laws for randomly maneuvering targets

The performance of the conventional proportional navigation guidance (PNG) law for a randomly maneuvering target is considered. By means of the Lyapunov method, it is proved that an ideal missile guided by the conventional PNG law can always intercept a target which maneuvers with time-varying normal acceleration provided that the navigation constant is sufficiently large. The authors also propose a modified PNG (MPNG) law which seems to improve the performance of the conventional PNG law at the final phase of pursuit. Simulation results demonstrate that the MPNG law demands less missile acceleration at the final phase of pursuit than the conventional PNG law     

固定鸭舵二维修正弹比例导引律参数优化

针对固定鸭舵二维修正机构控制力有限和比例导引法控制末段需用过载变化过大的问题,提出了一种基于重力补偿比例导引律的过载阈值控制策略。分析了固定鸭舵二维修正机构的控制力及力矩,以落点弹目距离最小为目标函数,选取纵向和横向平面导引系数及过载阈值为设计变量,在重力补偿比例导引律的基础上建立了导引律参数优化模型,并采用差分进化算法（DE）对其进行优化。最后通过外弹道仿真分别从控制段飞行稳定性、控制效率、控制机构过载及控制精度几个方面与传统比例导引律进行对比分析,同时使用蒙特卡洛法验证了控制策略的有效性。结果表明：与传统比例导引律相比,使用该控制策略提高了二维弹道修正迫弹的控制效率,有效降低了控制末段需用过载,弹道控制段飞行稳定性明显提高。     

Optimal three-dimensional impact time guidance with seeker’s field-of-view constraint

This paper proposes a new three-dimensional optimal guidance law for impact time control with seeker’s Field-of-View (FOV) constraint to intercept a stationary target. The proposed guidance law is devised in conjunction with the concept of biased Proportional Navigation Guidance (PNG). The guidance law developed leverages a nonlinear function to ensure the boundedness of velocity lead angle to cater to the seeker’s FOV limit. It is proven that the impact time error is nullified in a finite-time under the proposed method. Additionally, the optimality of the biased command is theoretically analyzed. Numerical simulations confirm the superiority of the proposed method and validate the analytic findings.     

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。     

滚转舰炮制导炮弹的空间多约束导引与控制一体化设计

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末段,考虑攻击角、控制受限、视线（LOS）角速率测量受限等约束,提出了一种基于块动态面与扩张状态观测器（BDSESO）的多约束空间导引与控制一体化设计（IGC）方法。构建了滚转制导炮弹的空间导引与控制一体化的严块反馈串级模型,运用扩张状态观测器估计视线角速率和目标机动、建模误差、风等系统内外不确定干扰。为了在有限时间内零化视线角跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模,通过自适应动态面控制有效镇定串级系统并避免微分膨胀,引入自适应Nussbaum增益函数补偿控制受限的饱和非线性。通过Lyapunov理论证明了视线角跟踪误差、视线角速率的有限时间收敛性与全系统状态的一致最终有界性。半实物仿真实验表明：该方法使制导炮弹在打击具有不同机动形式的目标时,均具备较好的末制导性能。     

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。     

Design of Time-constrained Guidance Laws via Virtual Leader Approach

Guidance problems with flight time constraints are considered in this article. A new virtual leader scheme is used for design of guidance laws with time constraints. The core idea of this scheme is to adopt a virtual leader for real missiles to convert a guidance problem with time constraints to a nonlinear tracking problem, thereby making it possible to settle the problem with a variety of control methods. A novel time-constrained guidance (TCG) law, which can control the flight time of missiles to a prescribed time, is designed by using the virtual leader scheme and stability method. The TCG law is a combination of the well-known proportional navigation guidance(PNG) law and the feedback of flight time error. What's more, this law is free of singularities and hence yields better performances in comparison with optimal guidance laws with time constraints. Nonlinear simulations demonstrate the effectiveness of the proposed law.     

Optimization of the tether-assisted return mission of a guided re-entry capsule

This paper presents the mission analysis of a tether-assisted payload retrieval from the International Space Station (ISS). The objective is to assess all relevant phases of such a mission in order to allow a comparison with a conventional mission employing a propulsive deorbitation. The controlled tether deployment procedure and the guided return flight of the released re-entry capsule are optimized. A preferable deployment strategy is identified that allows for favorable entry conditions and low flight loads. The optimal deployment trajectories serve as a basis for an optimal dynamic regulator. This approach is extended towards an adaptive concept, where artificial neural networks are applied to deployment control. For the guidance of the capsule a predictive concept is proposed that is based on the optimal re-entry trajectories identified previously. By applying these concepts, the attainable landing accuracy during return amounts to an average of 5 km, and the application of the tether system exhibits overall system mass advantages. This demonstrates that the tether-assisted return mission is a competitive alternative.     

广义预测自适应控制器在导弹控制系统设计中应用

将一种新的广义预测自适应控制算法应用于快速时变的导弹控制系统设计中。讨论了设计参数对控制系统性能的影响;针对自适应控制信号过大,提出了改进方案,增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。大量的数字仿真结果表明:运用该方案设计的导弹控制系统具有很好的跟踪性能和强的抗干扰能力;对系统阶次、参数、时延和采样周期的变化具有很强的鲁棒性;自适应算法中,对验前知识要求少,实现起来也比较简单。     

SINS/GPS制导炸弹俯仰平面制导控制一体化设计

根据SINS/GPS制导炸弹动力学特性,首先推导了俯仰通道的制导控制一体化状态模型.然后在充分考虑制导和控制回路的不确定性基础上,利用terminal滑模控制方法,设计了制导控制一体化状态反馈控制律,所设计的控制器一方面保证制导炸弹满足打击精度和末端落角约束要求,另一方面保证控制回路的稳定性与鲁棒自适应性.采用模糊控制克服了变结构控制项引起的系统抖振.最后,分别进行了极端气动条件与取投放域边界值情况下的某型SINS/GPS制导炸弹六自由度飞行控制弹道仿真,仿真结果验证了此方法的有效性.