单通道旋转导弹惯导红外空中交班技术研究

对单通道旋转导弹惯导红外交班中的空中截获技术进行了研究。在固定视场角条件下,针对旋转导弹面对的典型目标,对空中红外截获过程中的精度链进行分配,获得惯性制导段的导航误差,并对导航误差进行分解,获得了满足红外导引头半视场角4°且落入概率84%时MEMS陀螺和加速度计的性能指标。选取相应的惯性器件,用误差分析方法获得了雷达测角误差和测距误差引起的截获误差,以及惯导在导航解算中产生的误差。对典型弹道空中截获落入概率进行了计算,结果验证了精度分配的正确性。研究为单通道旋转导弹惯导红外的空中截获技术的工程实现提供了理论依据。     

一种带导引头视角和落角约束的导引方法

针对导弹大落角需求下引起的目标超出导引头视场造成锁定失败的情况,提出了一种采用开关逻辑的导引律。该方法在落角控制导引律的基础上引入了一个开关项,当导引头视角超出设定阈值时开启开关项,通过反向原指令加速度来抑制视角的增大,使目标始终处在导引头视场之内,当导引头视角小于设定阈值时关闭开关项以发挥原导引律的优势。新导引律能有效攻击固定与运动目标,且无需弹目相对距离信息。仿真表明,该导引律既有效地限制了导引头视角,又保留了原导引律高落角精度和指令加速度在末段收敛到零的特性。     

导引头量测故障下的增量式三维制导律设计

考虑导引头量测故障下拦截机动目标的末制导问题,以提高制导系统的鲁棒性、降低制导增益、减小系统残差、避免视线角速率剧烈振荡/发散为目的,基于增量式控制方法设计了一种具有鲁棒增强特性的三维末制导律。首先,将末制导问题转化为零化视线角速率的控制问题。其次,通过弹目相对距离及视线角速率定义辅助变量,给出传统的滑模制导律作为设计参考。然后,基于增量式非线性动态逆滑模控制方法,充分挖掘视线角加速度估计信息及上一采样时刻的制导指令,得到增量式三维鲁棒制导律。最后,在目标机动及导引头量测故障下,分析并比较了两种制导律所产生的系统残差。理论分析及多工况仿真结果表明,增量式制导律不仅对目标机动及大范围失效的导引头量测故障具有强鲁棒性,而且所需制导增益也较小,同时避免了末端视线角速率严重发散的问题     

基于自适应滑模的侧窗制导控制一体化设计研究

针对侧窗导弹末制导问题,提出了一种侧窗探测视场约束条件下的制导控制一体化设计方法。基于弹目相对运动模型分析了侧窗导弹运动规律,建立侧窗导引头探测视场角范围与导弹姿态角的约束关系,采用基于滑模控制理论的反步法设计导弹的制导控制一体化模型,给出了自适应滑模制导律:根据姿态角与侧窗视线角的约束关系,切换选择含约束和不含约束的自适应滑模控制。控制策略为:当弹目视线不满足侧窗探测范围约束时,在控制量中加入自适应俯仰角补偿项,使目标始终处于导弹侧窗视线范围内,解决了侧窗末制导过程中存在的目标跟踪视场角不对称约束问题;当弹目视线满足侧窗探测范围约束时,控制无需引入姿态角约束项,可直接应用自适应滑模控制律。仿真结果表明:在末制导过程中目标始终处在侧窗范围内,且对不同的初始条件有较好的鲁棒性。     

复合导引头中视线角速度提取技术研究

为提高视线角速度输出精度,对舰空导弹制导控制系统的红外成像/被动微波复合导引头视线角速度提取技术进行了研究。基于复合导引头在红外比例阶段和红外随动阶段的跟踪原理,采取微波截获时红外框架随动的方式,在导弹全程跟踪过程中根据红外位标器系统提取视线角速度的方法。分析了由陀螺角速度与误差角微分速度和、陀螺角速度与误差角微分速度通过卡尔曼滤波,以及由框架陀螺直接给出敏感到的角速度三种求取目标视线角速度方法,认为后两者的精度易受延时、干扰或滤波发散的影响,选用第一种方法,并采用低通滤波器提高视线角速度提取精度。给出了误差角微分信号和陀螺信号先滤波后匹配,以及先匹配后滤波两种方式的工作原理。仿真结果表明:两种方式结果基本相同,均可实现导引头视线角速度的提取,先匹配后滤波的计算量小,可优先选用。研究对提高舰空旋转导弹复合导引头的制导性能有一定的参考价值。     

一种拦截机动目标的多导弹协同制导律

针对多导弹协同拦截一个机动目标问题,基于有限时间一致性理论提出了一种带有攻击角约束的多导弹协同制导律。首先建立了带有攻击角约束的多导弹协同制导模型。其次,把协同制导律的设计过程分离为两个部分：一是基于有限时间一致性,同时结合积分滑模和自适应控制设计沿着视线方向上的加速度指令,保证所有的导弹能够在有限时间内同时拦截机动目标;二是利用非齐次干扰观测器并运用滑模控制设计视线法向上的加速度指令来保证每枚导弹与目标间的视线角速率收敛到零和视线角收敛到期望的视线角。最后,对三枚导弹同时打击同一机动目标的情况进行仿真,仿真结果表明该设计的带有攻击角约束的协同制导律的有效性和正确性。     

防空导弹导引方法研究综述

对防空导弹武器的导引方法及研究进行了综述.介绍了三点法、前置角法、追踪法、平行接近法、比例导引法等经典导引方法的优缺点及在防空导弹中的应用.给出了基于最优控制理论、基于非线性控制理论和基于鲁棒控制理论的现代导引方法的优缺点与研究现状.讨论了导弹武器发展对空间导引律、考虑姿控回路导引律、考虑角度约束导引律、基于小弹目速度比导引律、离散导引律和基于姿态程序导引律等的需求.     

有向拓扑下无径向速度测量的多导弹协同制导

针对多枚导弹在平面内从各自期望的方向同时击中移动目标问题,提出一种有向通信拓扑下无需导弹-目标径向速度测量且带视线角约束的分布式有限时间协同制导律。基于平面内导弹-目标相对运动方程建立带视线角约束的多导弹协同制导模型。基于二阶多智能体协同控制理论设计了视线方向上的制导律,可保证有向拓扑下多导弹的打击时刻在有限时间内达到一致。基于齐次系统稳定性理论和积分滑模控制理论设计了视线法向方向上的制导律,可保证多导弹击中移动目标且视线角在有限时间内收敛到期望值。仿真校验所设计的协同制导律在理想条件下可使有向拓扑下的多导弹从各自的期望方向同时击中移动目标。     

预定时间多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间中协同打击机动目标问题,提出了一种具有攻击时间约束和视线角约束的预定时间协同制导律。提出的预定时间协同制导律由两部分组成。首先,设计了新的预定时间多智能体一致性协议,在此基础上设计了视线方向的预定时间协同制导律,保证各导弹同时命中目标。此外,设计了新的预定时间非奇异快速终端滑模面,在此基础上设计了视线法向的预定时间协同制导律,使得各导弹可以在预定时间内收敛到期望的视线角。最后,通过对以上协同制导律进行三维数值仿真,验证了设计的预定时间协同制导律的有效性。     

视场角受限的三维攻击角度控制导引律

考虑末制导阶段捷联导引头视场角限制及攻击角度约束,提出一种基于三维比例导引攻击角度控制的导引律。首先,利用三维矢量制导模型和四元数理论实现三维比例导引的攻击角度预测,进而基于空间几何原理设计一种能够满足视场角约束的三维比例导引攻击角度控制方法。对闭环制导动力学进行分析,并采用李雅普诺夫原理证明视场角受限情况下的制导误差收敛性。分析该制导方法在导弹速度大小变化情况下的轨迹不变性,进而保证制导方法在速度大小变化情况下的有效性。理论分析和仿真校验结果说明了该方法的正确性和有效性。提出的方法可为视场角受限下的攻击角度控制导引律设计提供参考。     

旋转弹制导技术的研究

旋转弹为近程、低空、快速反应的单舰防空导弹,主要拦截、攻击掠海飞行的反舰导弹和高速飞机,旋转弹主要采用红外被动寻的制导,具有操作简单、反射后不管的特点,飞行过程中采用单通道控制模式,用一对舵面和一个舵机来控制导弹飞行。点源红外寻的导引头探测的不是目标实体,而是目标红外辐射的中心,为了使导弹能够精确的击中目标的要害,本文根据旋转弹点源红外寻的导引头的特性,研究了前置偏移比例导引律,并结合某便携导弹进行了仿真,结果表明前置偏移比例导引律能够很好地导引导弹飞向目标,具有较好的精度。     

微型导弹命中角度和时间受控的制导方法研究

为提高微型导弹的杀伤力,研究了一种空中发射微型导弹命中角度和时间受控的制导律。建立了微型导弹和目标的相对运动方程组,用变结构控制理论设计了一种对终端命中角度约束的制导律。为保证微型导弹以特定角度命中目标的同时,命中时间也满足要求,在变结构制导律基础上加入了命中时间受控的制导项。在单发导弹和3发导弹同时攻击地面运动目标的两种场景中,对设计的制导律与修正比例导引律进行了仿真,结果表明:设计的制导律弹道曲线更平直,更易适应导弹末段转弯速率有限的条件,在目标有机动干扰时其制导精度更高,且攻击角度满足约束要求;在多弹协同攻击时,设计的制导律可实现多枚导弹在给定时间内以一定命中角度协同打击同一目标。     

针对机动目标带攻击角约束的三维制导律

针对机动目标设计了带攻击角约束的三维制导规律。建立了球坐标系下的三维弹-目标相对运动模型,描述了视线高低角和视线方位角之间的耦合关系。针对导弹与目标作非共面运动的情况,基于滑模控制理论,给出了带攻击角约束的三维制导律。为了克服抖动,对所给出的三维制导律进行了修正。针对目标的机动加速度是时变的情况,给出了基于先验知识的制导参数自适应调整规则。仿真结果表明,该三维制导律能垂直命中机动目标,并对目标机动加速度的变化具有较强的鲁棒性和适应能力。     

拦截高速机动目标的动态终端滑模制导律设计

针对新型高速机动目标的拦截问题,提出了一种基于动态终端滑模控制理论的鲁棒制导律设计方案。首先,基于动态终端滑模控制的有限时间收敛特性,研究了一种带补偿因子的终端滑模切换函数;然后,将其通过微分环节构造了非线性动态滑模超平面;最后,设计了动态终端滑模制导律,并对其有限时间收敛特性进行了分析。该制导律不仅具有有限时间收敛特性,而且针对导弹指令加速度的导数进行设计,可将滑模控制中具有的不连续项转移到制导律的一阶导数当中去,有效消除了抖振。仿真结果表明,该制导律可使导弹视线角速率有限时间收敛,且具有更强的鲁棒性和更高的制导精度。     

防空导弹初制导规律

分析了用于垂直发射防空导弹初制导的三角型和指数型两种导引控制。给出了两种控制方法的导引律,计算了典型弹道的攻角、俯仰角和交班点速度等参数。两种控制律的弹道参数计算结果表明,两者均为较理想的制导方案。与三角控制律相比,指数控制律的弹道倾角误差、最大攻角和速度损失均较小,其导弹交班精度更高。     

提高战术导弹精度的新的制导律

目前,大多数战术导弹都采用比例导航方法跟踪高速运动中的空中目标。这种方法也一直用于跟踪速度慢得多的面目标。但在对付面目标时,如采用追击制导律有下述两个优点:第一,追击制导采用风速叶片稳定的导引头,与现有的比例导航技术相比要简单得多。第二,在有重力影响时,追击制导可以使导弹飞向目标的轨迹比较平直。     

攻击角度约束下的分布式强化学习制导方法

为提高导弹在攻击角度约束下对目标的打击效能，提出了一种基于深度确定性策略梯度算法的分布式强化学习制导策略。为了最大限度地减小攻击角度误差，设计了一种新的奖励函数，使导弹在满足视场角约束的同时，视线角向期望值收敛。此外，为了增强强化学习模型的泛化能力，提出了一种分布式探索策略，提高了模型训练过程中对环境的探索效率。仿真结果验证了所提出的分布式强化学习制导方法能够在固定攻击角度约束下实现对目标的精准打击。与传统制导律相比，所提制导方法的攻击角度误差更小，收敛速度更快。     

非线性H∞鲁棒制导律设计

针对战术寻的导弹在追踪平面内的非线性运动学问题,提出了一种鲁棒制导律.与传统的制导方法不同,这种制导律不需对目标运动进行任何假设,也不必对目标加速度进行实时估计,因此,在对目标机动信息一无所知的情况下,制导律本身具有很强的鲁棒性.通过分析推导,给出了解析形式的H∞制导律.数字仿真结果表明,H∞制导律具有良好的跟踪性能和鲁棒性.     

非线性H∞鲁棒制导律设计

针对战术寻的导弹在追踪平面内的非线性运动学问题，提出了一种鲁棒制导律。与传统的制导方法不同，这种制导律不需对目标运动进行任何假设，也不必对目标加速度进行实时估计，因此，在对目标机动信息一无所知的情况下，制导律本身具有很强的鲁棒性。通过分析推导，给出了解析形式的H∞制导律。数字仿真结果表明，H∞制导律具有良好的跟踪性能和鲁棒性。     

多约束条件下导弹协同作战三维制导律设计

为实现多导弹协同饱和攻击同一目标,基于李雅普诺夫方法推导了带指定攻击角度的时间控制导引律,使导弹按指定落角和落向以指定攻击时间打击目标。但由于导弹在横航向通道通过适度机动调整剩余时间,可能导致目标超出导引头视场,因此设计附加视角限制修正项,进一步得到带导引头视场限制的具有攻击角度约束与攻击时间约束的导引律。另外,借助Dubins最短路径、弹道轨迹边界分析了多约束条件下可指定攻击时间的取值范围。数学仿真结果验证了本文的多约束条件下导弹协同作战三维制导律的正确性和有效性。