侵彻制导武器终端多约束最优制导律

针对侵彻型制导武器终端多约束制导问题,建立包含一阶弹体动力学的多约束制导模型,采用最优控制方法推导终端多约束制导问题的通解。根据终端约束与罚函数的关系,求解了实际工程中关心的3种最优制导律,并结合当前主流制导控制体制,在小角假设下,将其表述为便于工程实现的形式,即包含弹体动力学的最优比例导引制导律、弹道成型最优制导律和终端多约束最优制导律。理论分析和典型末制导条件仿真表明,后2种制导律可为侵彻制导武器终端位置与角度双约束以及位置、角度与加速度多约束制导问题提供理论基础和工程应用参考。     

具有终端角度和终端时间约束的闭环制导律及其可行性分析

研究了同时具有终端角度(攻击角度)和终端时间(攻击时间)约束的制导问题.通过将非线性运动学制导模型中的自变量由导引时间变换为速度方向角,可以利用最小值原理直接推导出一种闭环形式制导律,而不必引入任何的线性化处理.在该制导律的导引下,导弹能够精确击中目标并且精确满足终端时间和角度的约束.为了研究该制导律的可行性,本文定义并分析了若干重要参数的可行域.该闭环制导律及其可行性分析被应用于多弹齐射攻击的两种情况.数字仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

线偏差控制的螺旋机动突防与导引一体化设计

导弹机动突防弹道设计与末制导修正能力密切相关,在可用过载与终端角度约束下,提出一种基于线偏差控制的机动突防与导引一体化设计方法。首先,建立了机动突防与导引一体化设计模型;其次,设计了可用过载与终端角度约束的虚拟导引弹道制导律;再次,提出了一种运动过载约束的螺旋机动线偏差指令信号,并设计了相对机动弹道制导律。基于指令滤波和扩张状态观测器分别解决输入受限和干扰估计问题,并基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性。不同过载约束下的突防仿真结果表明,所设计的一体化方法能兼顾机动突防与精确打击需求,典型场景下对PAC 3拦截弹的单发突防成功率达到96.2%。     

带攻击角约束的自适应STA有限时间滑模导引律

针对拦截机动目标的过程中考虑攻击角度约束的制导问题,为了达到最佳的杀伤效果,提出了一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束的自适应STA有限时间滑模导引律。首先建立了考虑导弹自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的三维耦合制导模型;由于目标机动未知,对传统STA算法进行改进,确保系统含有不确定项时在有限时间收敛,在此基础上,结合自适应控制理论,设计了带攻击角约束的自适应STA有限时间滑模导引律。基于类二次型Lyapunov函数,对系统进行了有限时间收敛稳定性证明。通过与真比例导引律数字仿真结果对比分析,所设计导引律能够制导导弹精确命中目标,弹目视线倾角和偏角在有限时间高精度收敛至期望值,满足攻击角度约束要求,具有强鲁棒性和有效性,制导性能优于真比例导引律。     

带落角约束的固定配平攻角飞行器滚转制导律设计

固定配平攻角飞行器具有外形简单、控制通道少的优点,但其升力大小不可控,为实现精确制导,解决其带终端角度约束制导的问题,提出了一种含虚拟目标的滚转制导律设计方法。建立了含虚拟目标的滚转制导方程,给出了基本导引关系,并证明了该导引关系下设计的制导律能有效对飞行器落点与落角进行控制。同时,给出了虚拟目标详细设计方法,并通过数值仿真验证了该制导律的有效性。仿真结果表明,提出的含虚拟目标的滚转制导律设计方法具有较高的制导精度与落角精度,同时设计方法简单,便于工程应用。     

临近空间拦截弹中制导弹道设计

为提高临近空间拦截弹的飞行性能,基于弹道优化理论设计了中制导段的拦截弹道,分析了临近空间典型目标的弹道特性,选择滑翔/巡航段进行拦截。采用弹道与导引律分离设计的方案,从增大射程和末速度的角度,设计了高抛再入弹道,分析了拦截过程中的路径约束与性能指标,并基于纯比例导引律(PPN)给出了末制导的捕获条件,从而为建立中制导终端约束模型提供了参考。通过数字仿真对交接班捕获区进行了定量描述,验证了分离设计的高抛再入弹道能以更大的动能和有利的阵位进入末制导,且控制上更易实现。     

考虑自动驾驶仪动特性的终端角度约束滑模导引律

探讨了拦截机动目标情况下的攻击角度约束导引律设计问题.首先假设自动驾驶仪为理想环节,推导了一种滑模导引律,证明了该导引律的有限时间收敛特性.然后通过非线性反步设计法把上述导引律推广到考虑导弹自动驾驶仪动态延迟的情形上,仿真结果表明,导弹自动驾驶仪为实际跟踪环节,目标做大机动逃逸时该制导方法仍具有良好的制导性能.     

一种不依赖剩余时间估计的巡航导弹多约束制导律

针对巡航导弹末段多约束精确打击问题,提出了一种不依赖剩余时间估计的攻击角度/时间制导律。推导了航向弹目相对运动关系,设计了一种基于附加航向角设计的时间约束制导律,通过对时间增益系数的设计和优化,实现附加航向角的调节,可使实际飞行时间向期望时间快速收敛;在此基础上,将角度约束制导律与时间约束制导律相结合,得到了一种角度/时间约束制导律。该制导律不依赖于剩余时间估计,进而实现多约束条件下航向轨迹自适应调整;通过求解偏置导引律闭环轨迹分析得到轨迹收敛条件,给出满足角度/时间约束制导律的显式收敛条件。最后通过数学仿真验证了本文提出的航向多约束制导律可满足时间和角度等多约束条件且具有快速收敛特性。     

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.     

具有终端角度约束的机动再入飞行器的最优制导律

对具有终端角度约束的机动再入飞行器的最优制导律进行了研究,提出了一种角度反馈形式的最优制导律,并与已有的角速度反馈形式的最优制导律进行了比较研究,所得到的结论对机动再入飞行器制导律的选择具有参考价值。     

终端角度约束制导及制导控制一体化方法综述

针对制导武器终端角度约束下的制导方法和制导控制一体化方法进行综述。首先，对比分析了几种典型的终端角度约束定义，针对二维、三维交战场景构建了面向终端角度约束的制导及制导控制一体化设计的状态空间模型；其次，针对终端角度约束下的制导方法以及制导控制一体化设计方法进行分类、归纳总结与对比；最后，针对终端角度约束制导和制导控制一体化设计中存在的多约束落角控制、信息估计、落角范围估计、协同制导等问题进行了展望。     

具有落点和落角约束的圆轨迹制导律

针对再入飞行器带终端约束的末制导问题,在二维平面内设计了一种新型圆轨迹制导律。首先,利用再入飞行器与目标相对几何关系对圆轨迹制导方法进行运动学分析。再通过对制导任务的分析,定义了两个圆轨迹跟踪误差变量,并基于此提出误差反馈导引方法。然后,得出闭环圆轨迹制导律,并对制导指令分量的具体含义进行了分析。最后,对该制导算法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明：此算法可用于末端大角度转向飞行,有效提高再入飞行器的作战效能;并且制导精度高,其中命中点误差和碰撞角约束误差都很小。     

一种带落角约束的精确导引方法(英文)

为了解决落角控制问题,本文提出了一种新的导引规律。它在零化脱靶量的同时可以达到任何期望的落角。该导引律不需要弹目距离信息和估计飞行剩余时间,并且在理想条件下,对非机动目标可实现完美拦截(零脱靶量和零落角误差)。此外,该导引律可使加速度指令在拦截目标前收敛到零,这有利于加大弹头的侵彻深度。通过与参考文献中两种导引律的仿真对比,表明了本文提出的导引律在落角控制方面的优越性能。     

带末端攻击角约束连续有限时间稳定制导律

针对制导武器末端攻击角约束与末端弹道尽可能平直的要求,应用有限时间控制方法,设计了具有末端攻击角约束的连续有限时间稳定制导律,使闭环制导系统在有限时间内视线角速度收敛到零和视线角收敛到期望值。通过非线性控制系统的有限时间稳定齐次性理论对该制导律进行了分析,证明了闭环制导系统的视线角速度和视线角全局有限时间稳定特性,并基于有限时间Lyapunov稳定性理论给出了闭环制导系统有限停息时间的表达式。在实例应用仿真中,比较了该制导律与最优制导律的制导性能,检验了该制导律在不同作战任务下的制导效果。仿真结果证实了该制导律的有效性和鲁棒性。     

考虑自动驾驶仪动态特性的含攻击角约束的反演递推制导律

针对制导武器需要攻击角度控制的要求及自动驾驶仪动态特性对制导效果的不利影响,提出了考虑自动驾驶仪动态特性补偿、具有末端攻击角约束的反演递推制导律。首先结合反馈线性化技术,利用本文推广的积分反演定理设计了二阶子系统的虚拟控制律;然后进一步应用反演递推方法推导了考虑自动驾驶仪动态特性的含攻击角约束的制导律,并通过李雅普诺夫稳定性理论详细地证明了该制导律对于视线角和视线角速率的指数收敛特性。在实例应用仿真中,给出了该制导律的具体实现方法,比较了该制导律与其他制导律的制导性能,检验了该制导律对不同作战任务的制导效果。仿真结果表明,该制导律具有良好的性能和工程应用推广价值。     

末端导引律综述

为了提高制导精度,在末制导过程中就必须采用性能更优良的导引律,本文针对各种末端导引方法的特点及其发展情况进行了研究分析与总结,包括各种经典导引律、各种基于现代控制理论设计的导引律以及针对各种特定工程应用背景的导引律等,可为今后导弹导引律的改进和设计提供参考.     

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。     

基于微分平坦方法的三维制导律设计

针对强耦合条件下的三维制导问题提出了一种新的设计框架。滚动引起的俯仰、偏航通道之间的强耦合关系,使得双通道解耦的三维制导律设计困难,使用微分平坦方法可以克服这一困难。首先使用矢量建立了导弹的一般运动学描述,并由此证明导弹制导系统是微分平坦的。依据系统的平坦输出设计比例-微分(PD)控制律可以实现目标静止或机动时的制导。进一步,通过对PD参数的适当约束可以实现任意落角及任意入射方位角的制导。仿真结果验证了该设计的优点。