基于MPSP的次优滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的问题,提出了一种能满足多终端约束的次优滑模制导律(Sub-OSMG).该算法将模型预测静态规划(MPSP)与滑模控制(SMC)相结合,解决了MPSP在系统模型不精确时由于依赖模型预测而导致的控制量发散问题;基于三自由度相对运动方程建立所提出的制导律,其鲁棒性通过Lyapunov稳定性理论进行了证明;在滑模控制的设计中引入一种较为新颖的滑模面,巧妙地继承了两种方法的优点,其区别于传统扩展比例导引(APN),在仅知机动幅值的情况下,能精确地击中目标.仿真结果表明,所提出的Sub-OSMG能够有效地抵消外部扰动,具有更高的精度、更好的鲁棒性、更小的控制代价.     

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。     

运载火箭入轨段的自抗扰预测制导方法

运载火箭的入轨段运动对入轨精度的影响很大,为避免扰动干扰,提出了一种自抗扰预测制导方法。首先,基于运载火箭三自由度模型,引入平均重力场、简化终端约束的处理形成了改进的轨迹规划算法,加快了收敛速度,能够适应在线轨迹规划的需要。然后,设计了自抗扰轨迹跟踪器,与在线轨迹规划算法结合形成了自抗扰预测制导方法。数值仿真结果表明,所提自抗扰预测方法在应对推力故障及其他典型偏差干扰时均有较高的入轨精度和鲁棒性,可为运载火箭入轨段制导控制系统的适应性提供参考。     

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。     

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。     

运载火箭轨迹预测制导方法研究

针对运载火箭入轨多约束需求,提出一种将迭代制导与数值积分相结合的轨迹预测制导方法,该方法计算量较小、适合箭上实时计算,能够同时满足终端姿态约束和轨道参数约束要求。探讨提高轨迹预测制导算法收敛性和实时性的工程实现方法,并分别给出解决方案;通过数学仿真算例验证了该方法的性能,结果分析表明该算法具有较高的制导精度,在增加终端姿态约束而其它条件不变的情况下,算法很好地满足了各项终端指标要求,同时增加的推进剂消耗在可接受范围内。     

基于可变终端时间模型预测静态规划的制导律设计

为了实现导弹以期望落角击中目标,使毁伤程度达到最大,同时解决原始模型预测静态规划(MPSP)方法固定终端时间限制的问题,基于新型的MPSP扩展方法,提出了一种可变终端时间的三维非线性次优制导律。通过推导终端输出误差与终端时间误差和控制量误差之间的关系,并在目标函数中引入终端时间误差,建立了控制量误差和终端时间误差的静态优化框架。利用经典比例导引法得到初始猜测控制量,并采用新型MPSP方法对控制量迭代更新,直至满足一定的落角约束,同时使得控制能量最小。仿真结果表明,基于可变终端时间的MPSP制导方法能满足末端的位置与落角约束,优化控制量,同时具有计算效率较高的特点。     

基于NFTET的高超声速飞行器再入容错制导

针对以X-33为对象的三自由度高超声速飞行器,采用相邻可行轨迹存在定理(NFTET)设计了容错制导律以解决再入段执行器发生故障的轨迹重构问题。在标称情况下采用预测校正算法生成满足再入过程约束和终端约束要求的再入轨迹;当执行器发生故障时,飞行器气动参数、结构和舵面力矩都可能发生不可预测的变化,原先的轨迹不再满足制导要求,因此需要设计新型容错制导律。针对实际再入制导模型,基于NFTET设计容错制导算法对轨迹进行重构,得到满足故障情况下制导任务的可行轨迹。从仿真结果中可以看出,容错制导算法生成的新轨迹重新回到了约束范围之内,轨迹呈收敛趋势,使得高超声速飞行器从故障恢复到正常飞行状态,提高了飞行器的自主容错能力。     

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。     

基于模型预测静态规划的自适应轨迹跟踪算法

轨迹跟踪是飞机自主运动控制的关键问题之一。跟踪模型预测静态规划（T-MPSP）是一种新近发展的基于非线性模型的轨迹跟踪算法,但对于飞行器受损等情况下,模型参数相较于标称模型具有较大的偏差时,则可能导致轨迹跟踪效果不理想。提出了基于参数估计的自适应轨迹跟踪算法,在模型预测静态规划（MPSP）的框架下得出解析解,实现了对参数的实时估计,据此更新跟踪模型预测静态规划算法中所使用的模型后,可以有效扩大对参数偏离的适应性,并保留模型预测静态规划计算效率高的特点。通过仿真对比得出,相较于已有的跟踪模型预测静态规划,改进后的算法对模型参数偏离的容忍性明显提高,且算法迭代效率高,适于在线应用。     

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...     

三维空间拦截的前置追踪变结构制导律(英文)

This article aims to develop a head pursuit （HP） guidance law for three-dimensional hypervelocity interception, so that the effect of the perturbation induced by seeker detection can be reduced. On the basis of a novel HP three-dimensional guidance model, a nonlinear variable structure guidance law is presented by using Lyapunov stability theory. The guidance law positions the interceptor ahead of the target on its tlight trajectory, and the speed of the interceptor is required to be lower than that of the target, A numerical example of maneuvering ballistic target interception verifies the rightness of the guidance model and the effectiveness of the proposed method.     

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。     

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.     

制导火箭弹起控时间对规划弹道的影响

以制导火箭弹飞行过程中能量损失最小为代价函数,利用高斯伪谱法构建最优控制模型,在弹箭中制导阶段寻找最优性能指标下的规划弹道,分析弹道规划起始时间对火箭弹末速的影响,得到各弹道诸元随不同起始规划时刻变化的曲线图。仿真结果表明:弹道规划起控时间对中制导阶段弹箭末速影响比较明显,最大可使其减少11%左右,与靶场初步试验结果相吻合。     

中远程空空导弹弹载数据链战技指标研究

分析了中远程复合制导空空导弹中制导过程中弹载数据链的工作原理,并建立了中制导过程中的导弹运动模型、目标机动模型、导弹中制导导引律模型以及中末交接班模型。采用了不同的更新频率对中制导过程进行了仿真,从而得出弹载数据链允许的最低更新频率。     

Empirical virtual sliding target guidance law design: an aerodynamic approach

We present a novel empirical virtual sliding target (VST) guidance law for the midcourse phase of a long range surface-to-air missile that uses the simplicity of the conventional proportional navigation (PN) guidance law while exploiting the aerodynamic characteristics of a missile's flight through the atmosphere to enable the missile to achieve superior performance than that achieved by conventional PN guidance laws. The missile trajectory emulates the trajectory of an optimal control based guidance law formulated on a realistic aerodynamic model of the missile-target engagement. The trajectory of the missile is controlled by controlling the speed of a virtual target that slides towards a predicted intercept point during the midcourse phase. Several sliding schemes, both linear and nonlinear, are proposed and the effect of the variation of the sliding parameters, which control the sliding speed of the virtual target, on the missile performance, are examined through extensive simulations that take into account the atmospheric characteristics as well as limitations on the missile in terms of the energy available and lateral acceleration limits. Launch envelopes for these sliding schemes for approaching and receding targets are also obtained. These results amply demonstrate the superiority of the proposed guidance law over the conventional PN law.     

空空导弹高抛弹道复合导引律仿真研究

面向空空导弹远距攻击作战需求,提出了一种涵盖中制导、末制导和中末制导平滑过渡3个阶段的高抛弹道复合导引律。针对典型空中目标,建立基本机动飞行模型。在此基础之上,设计开发一套空战仿真软件通过设置对不同发射条件、不同目标机动条件,验证高抛弹道导引律的正确性,并与比例导引在最大攻击距离平均飞行速度、末端命中速度等方面进行对比分析。仿真结果显示,提出的高抛弹道导引律能够在各种发射条件下准确命中目标,具有较强的自适应性。同时,与比例导引相比,能够显著提高空空导弹的综合攻击效能,具有较高的工程应用价值。     

基于反预警的反拦截中段规避突防策略

为了充分挖掘多脉冲机动突防的潜力,提高弹道导弹中段机动突防能力,提出一种基于反预警的反拦截中段规避突防策略。首先,分别以脉冲点火点及点火间隔为搜索节点与步长,视敌方拦截系统为威胁源并转化为航迹规划中的约束条件,将多脉冲弹道的设计问题转化成无人机避障航迹的规划问题。然后,在综合考虑敌方探测系统延迟和拦截系统部署及性能的基础上,选取最优的脉冲点火参数。最后,研究了脉冲增量和探测系统延迟对多脉冲规划的影响。仿真结果表明:所提出的突防策略通过多脉冲机动增加敌方预测误差,使其不能收敛与准确预警,当敌方的预测误差收敛且准确预警时,导弹却处于其拦截范围之外,无法进行拦截;能根据获取的最新战场信息,在线下60s内设计出一条多脉冲突防弹道。此外,还能根据任务的需求,提高(降低)导弹的飞行高度、平均飞行速度,缩短(增加)20%~35%的飞行时间。     

远程空空导弹中制导策略的分析和评估

研究了远程空空导弹中制导策略的分析和评估问题。为了综合改善中制导策略在纵向和侧向平面内的飞行性能、提高评估结果的可信性和全面性,提出了一种基于最优控制理论的混合中制导策略,重点对中制导策略的飞行性能和作战性能两个方面进行了综合的评估。结果表明,所设计的中制导策略具有更广的射程范围和最大的攻击区、更短的飞行时间和更大的末端能量。