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。     

神经网络最优闭环制导律设计

对于复杂的非线性导弹制导系统 ,很难求得其解析的最优制导律 ,只能求得开环的数字解 ,不能适用于具有时变不确定性的导弹制导系统。利用神经网络的学习和推广能力 ,对开环的数字最优制导律进行离线的学习 ,作为闭环的神经最优制导律在线应用。研究分别选择系统状态变量和视线角速率等不同的神经网络输入对制导系统性能的影响 ,以及各种制导律的鲁棒性问题 ,并采用模块化神经网络结构提高神经网络的学习和推广能力 ,仿真结果得到一些有益的结论。     

基于多项式函数求解的落角约束制导律

在攻击坦克、舰艇等特定目标时,需要对导弹的终端落角进行约束,进一步提高战斗部的毁伤效能。针对这一问题,设计了基于多项式函数推导的落角约束制导律。首先在纵向对称平面内建立弹目相对运动学的小扰动线性化模型,利用落角和脱靶量的始端和终端约束条件,推导得到了满足落角约束的制导律的解析表达式。对该制导律进行仿真,仿真结果表明该制导律可以使导弹按照期望落角命中目标。     

带落角和末端攻角约束的最优末制导律

针对现代导弹武器多约束、高精度制导的基本要求,在综合考虑带落角和末端攻角约束的条件下,用二次型最优控制推导出一种新的最优末制导律。仿真结果表明,该末制导律既能够满足高精度制导的要求,同时也能够满足对落角和末端攻角的控制要求。     

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。     

基于Lyapunov稳定性的扩展比例制导律设计

基于一般弹目平面运动模型,以视线角、视线角速率为状态变量将弹目运动关系转换为二阶控制系统状态空间表达,把制导律设计转化为系统控制律的设计问题.在此控制模型的基础之上,利用Lyapunov稳定性定理,以视线角速率平方项作为能量函数设计了一种新型的扩展比例导引律,与其他扩展比例导引律相比,该导引律不需要增加任何制导观测信息,可以有效抑制噪声影响,并将基于Lyapunov稳定性的末制导律设计方法推广到有终端角约束的制导律设计中.仿真结果比较表明,该制导律可以提高制导精度、有效减小制导信息中的噪声影响.     

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。     

带末端碰撞角约束的三维联合偏置比例制导律设计

可拦截高/低速目标并带有末端碰撞角约束的制导律设计是研究难点,为此,设计一种三维联合偏置比例制导(UBPN)律。该制导律采用时变偏置角速率和时变比例系数,结合顺轨、逆轨拦截模式的优点,使用负比例系数拦截高速目标(顺轨模式),使用正比例系数拦截低速目标(逆轨模式)。给出偏置角速率的解析形式及时变比例系数的奇点解决方法,及二维约束碰撞角到三维约束碰撞角的具体实现过程。与比例制导律、负比例制导律、偏置比例制导律进行了对比验证,结果表明脱靶量、碰撞角误差均满足制导精度要求。     

弹道可调的落角约束分数阶滑模制导律设计

针对制导弹道带落角约束的末制导问题,提出了一种基于分数阶微积分理论的时变滑模制导律。可通过提前设置参数调整制导弹道,分数阶的引入增加了制导弹道的可变性和多样性。利用李雅普诺夫稳定性理论证明了制导律的稳定性。采用分数阶积分中值定理,将分数阶微分方程转化为一阶线性微分方程,并求解出状态误差的解析式,最后利用夹逼定理证明了制导律的收敛性。数值仿真结果表明,该制导律在保证高制导精度的同时,可大范围改变弹道形式,使制导弹道复杂多变难以预测。     

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。     

基于最优控制的落角约束攻击设计

针对导弹落角控制和精度控制的矛盾,运用飞行力学原理和最优控制理论,以落地速度倾角作为终端约束,以脱靶量、最小能量为性能指标,给出了一种适用于攻击地面目标的最优导引律。设计了导弹三通道的PID控制器,最后进行了导弹的6DOF仿真研究,仿真验证了设计方法的有效性。     

导弹速度时变的攻击时间与攻击角度控制导引律

针对导弹速度非定常情况下的协同制导问题,提出了两种分别满足攻击时间约束、攻击时间与攻击角度约束的导引律.首先通过求解导弹在比例导引(PN)及带攻击角度约束的偏置比例导引(BPNIAC)下的系统微分方程,得到导弹飞行的实际剩余航程,并根据指定的攻击时间与导弹的实际速度曲线构造标称剩余航程,将攻击时间控制问题转化为导弹实际剩余航程对标称剩余航程的跟踪问题.然后,在PN及BPNIAC的基础上附加反馈控制项使导弹实际的剩余航程跟踪标称值,从而实现导弹速度时变情况下攻击时间的控制要求.仿真结果验证了该方法的有效性,实际应用中可根据预测速度曲线及在线更新策略对标称剩余航程进行估算.     

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。     

一种攻击地面固定目标的变系数比例导引律

为了提高命中精度 ,减小控制能量的消耗 ,对攻击地面固定目标且速度随时间变化的追踪器 ,推导出一种以控制能量消耗最小为性能指标的最优导引律 ,其中剩余时间的估算不仅考虑到追踪器速度大小的变化 ,而且考虑了方向的变化。同时 ,为了满足某些追踪器在碰撞点垂直入射的要求 ,给出在铅垂面内攻击时具有修正项的变系数比例导引律。仿真结果表明 ,该导引律与常系数比例导引律相比 ,控制能量少 ,脱靶量小 ,命中精度高。     

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.     

拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律

对于多导弹协同拦截高超声速目标的问题,设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的异类导弹协同制导律:配备有高性能导引头的领弹采用改进比例导引法拦截目标;未配备导引头的从弹利用通信手段,采用二阶一致性跟踪算法,对领弹进行跟踪。两类导弹同时命中目标,形成"多对一"的拦截态势。异构型的制导策略可以降低对导引设备的需求,具备较理想的作战效费比。领弹与从弹的弹道均源于改进比例导引法,具有较理想的弹道特性。给出了协同制导律在固定拓扑与切换拓扑下成立的充分条件。算例仿真验证了所提出的制导律能够实现对高超声速目标的协同拦截,具有良好的可行性。     

基于终端角度约束的二阶滑模制导律设计

针对空地导弹具有终端角度约束条件的制导律设计问题,提出了一种在有限时间内稳定的新型二阶滑模制导律。首先,在弹目相对运动学模型基础上,将终端弹道倾角约束转化为终端视线(LOS)角度约束,作为制导系统的终端控制目标。其次,通过选取一种新型二阶滑模面,结合螺旋控制算法的思想,设计了一种二阶滑模变结构制导律,来抑制系统中的不确定性因素,从而满足零化视线角速率和制导系统的终端角度约束条件的要求。采用一种新的Lyapunov函数,基于Lyapunov稳定性理论,严格证明了制导系统在有限时间内的稳定性。最后,对空地导弹制导系统进行数字仿真,通过和一阶传统滑模制导律以及基于超螺旋算法的二阶滑模制导律进行对比分析,验证了所设计的制导律在保证制导精度的同时,更能在有限时间内提高终端约束角度的精度,并且避免了超螺旋算法中参数选取较多的问题。     

An adaptive fast fixed-time guidance law with an impact angle constraint for intercepting maneuvering targets

Sliding mode guidance laws based on a conventional terminal sliding mode guarantees only finite-time convergence, which verifies that the settling time is required to be estimated by selecting appropriate initial launched conditions. However, rapid convergence to a desired impact angle within a uniform bounded finite time is important in most practical guidance applications. A uniformly finite-time/fixed-time convergent guidance law means that the convergence (settling) time is predefined independently on initial conditions, that is, a closed-loop convergence time can be estimated a priori by guidance parameters. In this paper, a novel adaptive fast fixed-time sliding mode guidance law to intercept maneuver targets at a desired impact angle from any initial heading angle, with no problems of singularity and chattering, is designed. The proposed guidance law achieves system stabilization within bounded settling time independent on initial conditions and achieves more rapid convergence than those of fixed-time stable control methods by accelerating the convergence rate when the system is close to the origin. The achieved acceleration-magnitude constraints are rigorously enforced, and the chattering-free property is guaranteed by adaptive switching gains. Extensive numerical simulations are presented to validate the efficiency and superiority of the proposed guidance law for different initial engagement geometries and impact angles.