导弹编队协同作战的概念及其关键技术

考虑到未来战争的信息化发展趋势,采用数据链通信设备进行组网的多枚导弹以编队方式进行协同作战,将成为战术导弹的一种重要使用方式。研究了导弹编队协同作战的基本概念及其关键技术。首先分析了导弹编队协同作战的概念,介绍了编队突防、饱和攻击、侦察-打击一体化等三种基本的协同作战描述;然后建立了多弹编队协同作战系统的功能体系,阐述了目标搜索与定位、编队管理、作战效能评估和协同任务规划等模块的主要功能;最后从协同航路规划、协同制导和多传感器信息融合等三个方面分析了实现导弹编队协同作战的关键技术。     

卫星编队自主队形控制

为了实现高精度的卫星编队飞行,提出了一种基于主从结构的协同控制方法-自主队形控制法。在主星变轨的过程中,卫星编队的队形可以保持不变。文中介绍了该控制法的设计思想,给出了实现结构图,并详细的分析了该方法优缺点。通过算例验证了自主队形控制法的可行性。     

卫星编队队形重构中的模型选择

推导了卫星编队进行燃料最优队形重构时,两组Lawden方程（时间域和真近点角域）下所建立目标函数的数学关系,指出在不需要解析解的情况下,动力学模型应选择时间域下的Lawden方程,目标函数应建立在时间域。首先,分别针对脉冲推力和持续推力机动,研究了两组方程下目标函数的差异。然后,以持续推力式重构方法为例,构造了燃料最优目标函数,基于最大值原理,建立了队形重构的两点边值问题。然后,采用边界迭代法求解初始协态变量,确定最优的控制加速度。最后通过数学仿真验证了模型分析的正确性及算法的有效性。
     

编队队形的等交点周期设计方法

在分析编队构形一般设计方法设计效果的基础上，提出一种等交点周期法，对一般方法进行了改进。该法编队中卫星以一个相等的角速率运行在轨道上，能实现长期的编队飞行，并给出了编队设计算例及J2摄动下的队形演变，仿真表明，用等交点周期法设计的构形，能部分地消除J2摄动的影响。     

分布式卫星编队飞行队形保持协同控制

针对分布式卫星编队飞行队形保持控制问题提出一种分布式协同控制算法,并给出该协同控制算法与编队卫星星间信息传递拓扑结构之间的关系。该协同控制算法以模型预测控制为基础,利用分布式编队卫星的自然特性以及编队卫星之间的信息传递拓扑结构,采用分布式的算法结构,设计分布式的模型预测协同控制算法。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,同时能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等情形下的各种控制问题。最后通过数值仿真验证了结果的有效性。仿真结果表明,当编队卫星星间信息传递拓扑结构中存在生成树时,提出的分布式协同控制算法能够有效地应用到编队卫星队形保持控制问题上来。     

基于Lyapunov势函数的小卫星编队队形保持方法

在考虑地球非球形引力J2项摄动时,用Lyaounov势函数法推导了连续和离散两种控制方法,以保持与控制运行于椭圆轨道的小卫星编队飞行位置。建立了相应的数学模型,并证明两种控制方法均可实现系统的稳定。理论分析和仿真结果表明,两种方法均能在规定的时间内将伴随星控制到理想位置,并在相同的轨道条件下比较了两者的燃料消耗。     

编队飞行区域性导航卫星和位置保持

提出一个由4颗地球同步轨道卫星编队飞行组成区域性导航系统方案。采用精确描述相对运动的编队飞行运动学模型，设计编队飞行各卫星轨道参数。在考虑地球同步轨道主要摄动条件下，进行编队飞行队形变化动力学仿真。根据仿真结果，估算区域性导航精度在十米至二十米范围内。除此以外，还研究编队飞行位置保持控制策略和燃料消耗估算。这是至今为止在相同精度和相同覆盖区条件下卫星数量最少的，也是投资经费最低的导航系统方案。     

卫星编队飞行相对位置保持的脉冲控制

研究了卫星编队飞行相对位置保持的脉冲控制方法。分析基于动力学模型的周期脉冲控制策略,讨论其工程可实现性,并在考虑存在较大测量噪声情况下提出了周期多步脉冲控制的方法。数字仿真的结果比较显示了这种多步脉冲控制方法的有效性。     

椭圆轨道编队飞行的典型模态与构型保持控制方法

基于T H方程推导了椭圆参考轨道编队飞行的周期性条件,讨论了椭圆参考轨道卫星编队飞行的典型模态。该模态是圆形参考轨道空间圆形模态的推广。论述了二阶带谐项(J2项)摄动对编队飞行构型保持的影响,基于相平面法提出了一种编队飞行构型保持控制方法。该控制方法不是消极的抵消干扰的影响,而是积极的利用干扰的作用达到节约燃料并精确保持构型的目的。仿真表明,采用该控制方法可对椭圆参考轨道卫星编队构型进行有效的保持。     

基于零J_2摄动条件的近圆轨道编队保持双脉冲最优控制方法研究

重点研究了考虑J2摄动作用的近圆轨道编队构形保持双脉冲最优控制策略.利用轨道要素法建立了考虑J2摄动作用影响的相对运动方程,推导了消除相对摄动影响长期项的零J2摄动条件,并利用该条件对C-W方程得到的编队初始条件进行了修正,得到了对J2摄动不太敏感的相对轨道.然后,基于C-W方程建立了编队保持双冲量最优控制模型,并利用非线性规划方法得到了编队保持所需的最优控制脉冲.仿真结果表明,J2项摄动对相对运动的破坏作用明显减小,提出的双脉冲最优控制方法能够有效实现编队保持的高精度控制.     

导弹协同攻击编队自适应滑模控制器设计

Aimed at the need of formation control of missile cooperative engagement, the adaptive sliding mode control theory is introduced to solve the controller design problem of formation based on the leader follower approach. Feedback precise linearization based on differential geometry theory is used to linearize the nonlinear motion model of missile and system model with follower track errors is formulated. In traditional leader follower approach, if the leader moves too fast due to the control saturated, the followers will not be able to track the desired position to keep formation. In order to overcome the disadvantage, an idea of speed control for the leader is introduced to guarantee formation keeping. Finally, an adaptive sliding mode controller is designed to overcome the problem of control input constraints. Theoretical analysis demonstrates that tracking error asymptotically converges to zero. Simulation results show that the leader is able to follow the desired path and the controller can help every missile configure desired formation. The simulation results verify stability and robustness of the formation controllers.     

编队构形保持模型预测控制方法研究

针对多星编队构形保持问题,提出了一种基于模型预测控制的编队构形保持协同控制算法。首先,给出了线性化的、基于相对轨道根数的编队相对运动方程,基于此方程,提出了优化确定多星编队系统构形修正相对运动中心和各个卫星目标修正量的线性规划数学模型。然后,在建立离散化状态方程和测量方程的基础上,提出了满足多种约束条件的求解构形保持控制律的混合整数线性规划数学模型。于是,可通过求解上述两个数学规划模型,得到基于模型预测控制的构形保持协同控制算法。最后通过数学仿真验证了算法的有效性和优越性。     

多弹最优协同诱导突防制导律

针对多弹协同突防问题提出了一种最优协同诱导突防制导律,基于诱导碰撞策略实现有效突防。首先构建了多弹协同对抗非线性模型,并基于零控脱靶量和零控碰撞角进行线性化。然后考虑拦截弹和进攻弹均为二阶驾驶仪动力学特性条件下,将各拦截弹碰撞距离和拦截弹碰撞角扩展到状态方程中,并利用状态转移矩阵降低状态方程维度。在此基础上,设计包含碰撞角约束的快收敛扩展性能指标函数,采用碰撞时间匹配策略推导出多弹最优协同诱导解析制导律的一般形式,并给出2枚进攻弹对2枚拦截弹典型场景下的突防制导律。最后通过典型场景仿真验证了最优协同诱导突防制导律的有效性。     

大气层外拦截导弹重新瞄准的最优控制

针对大气层外反导导弹快速重新瞄准问题，在脱靶量和消除它的时间都比较大的情况下，用庞特里亚金极大值原理求出了最优控制规律。     

最优非线性控制技术在导弹控制中的研究与应用

首先运用相平面分析方法,推导了相轨迹运动方程,分析了传统控制方 法影响控制精度的主要因素和解决途径;然后运用最优控制理论,结合实际特 性,采用二次型开关线设计控制规律,对时间短和燃料省的混合指标最优控制问 题进行了探讨。仿真结果表明,该设计方法简单、可靠,具有工程实用价值。     

导弹姿态控制系统最佳测试点的选取

以导弹姿态控制系统框图和信号流程为基础，确定了故障信息矩阵，通过分析测试点的加权值，用逐步分解矩阵的方法选出最佳测试点，确定最佳诊断步骤，达到了以最小测试点和最短时间来检测与隔离故障的目的     

卫星相位保持的多冲量次优控制

在推导了多冲量最优解的必要条件的基础上，给出了一种卫星相位保持的多冲量次优控制方法。由于摄动和截断误差等对控制的影响，在多次冲量的求解时应该使用中间修正。计算表明，加中间修正的多冲量次化控制方法具有很好的鲁棒性。     

基于多智能体系统的多航天器编队分布式姿态协同控制

多航天器编队飞行在深空探测及协同对地观测等领域有着重要应用,而多航天器的姿态跟踪及协同控制技术作为其关键技术之一也引起了极大的关注。近年来,随着分布式人工智能技术的发展,多智能体系统(MASs)受到了航天器控制领域学者的关注并将其应用到多航天器编队控制中。本文回顾了多智能体系统协同控制及其在多航天器编队姿态协同控制中应用的研究进展。首先,从多航天器编队不同控制需求出发,分别从一致性跟踪控制、有限时间控制、事件驱动控制方面,回顾了多智能体系统协同控制问题的进展;其次,回顾了多航天器姿态协同控制在上述需求方面的研究进展,并基于多智能体系统的协同控制理论,提出了相应的分布式姿态协同控制策略。