高超声速飞行器拦截中制导律设计

针对拦截高超声速飞行器的要求,基于最优控制理论,利用积分滑模的思想设计了拦截高超声速飞行器的中制导律。分析了拦截弹的中制导与末制导交班条件,利用二次型最优控制方法求得最优制导律;面对目标的机动情况,利用积分滑模控制方法对最优制导律进行改进,最终得到积分滑模最优中制导律。仿真结果表明,所设计的中制导律不但能够满足最优制导律的约束条件,还能够降低过载的需求,抑制视线角速度的波动,具有良好的制导性能。     

基于最优控制的突防和打击一体化策略

针对攻击弹同时考虑对防御弹进行突防和对目标进行打击的问题,设计攻击弹和防御弹的视线角速度在某一时刻趋于一个非零值,并将此作为终端约束,考虑攻击弹控制能量最小建立性能指标函数,基于最优控制理论设计突防最优制导律。综合考虑攻击弹对防御弹的探测、预估遭遇时间设计了突防开始和结束时机,构建了离线数据库以在线运用,为参数选择提供依据。基于可用过载约束、落角约束等构建了可达域解析模型。综合考虑攻击弹的突防和打击问题,设计了突防/打击一体化策略。仿真结果表明：基于离线数据库进行参数选择的突防制导律具有良好的性能;可达域解析模型具有良好的精度;突防/打击一体化策略能够使得攻击弹在实现突防的同时完成对目标的有效打击。     

反吸气式临近空间飞行器空基拦截弹制导律设计

临近空间高超声速飞行器的出现和应用,为传统防空系统提出了新的挑战。提出了一种反临近空间高超声速吸气式飞行器巡航段空基拦截方案,并设计了基于末角约束比例导引法的中制导律和空基拦截弹复合制导律。仿真结果表明,改进末角约束比例导引法能充分利用拦截弹中制导段过载承受能力,有效地加快了拦截弹达到期望末视线角的速度,改善了中末交班性能;所设计的拦截方案能够对典型机动目标实施有效拦截。     

基于双幂次趋近律的变结构末制导律设计

针对拦截机动目标问题,提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性变结构末制导律。基于弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统扰动,建立了弹目相对运动的数学模型。并基于零化弹目视线角速率的思想,利用一种新的双幂次趋近律设计方法,得到了非线性变结构末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论,严格证明了制导系统的全局渐近稳定性。数字仿真结果表明,所设计的制导律与比例导引律相比,对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

带有引诱角色的多飞行器协同最优制导方法

考虑我方高价值飞行器面临对方拦截器拦截时,发射两枚防御器对拦截器进行拦截的情形。针对对方拦截器采用扩展比例导引律,在4个飞行器均具有一阶线性动力学特性假设下,基于最优控制理论设计了能在拦截末端施加相对拦截角的显式协同制导律。显式协同制导律将高价值飞行器和两枚防御器三者的协同考虑在内,给出了三者最优控制输入的解析解。仿真结果表明,设计的制导律能使两防御器成功拦截敌方拦截器,且在拦截末端施加一个相对拦截角。通过与只考虑两防御器协同的隐式协同制导律进行比较,可发现显式的协同制导律在控制要求和能量消耗上,要优于隐式的协同制导律。此外,还验证了在不同发射条件下的协同制导律的稳定性。     

考虑目标安全性的最优协同拦截制导律研究

针对目标和其发射的拦截弹对来袭攻击弹进行协同拦截问题,设计了一种最优协同拦截制导律。建立描述目标、攻击弹和拦截弹三者相对运动关系的模型,引入零控脱靶量对模型进行降阶处理。考虑拦截弹对攻击弹的拦截精度、拦截末端时目标的安全性以及目标、拦截弹的控制能量问题,基于攻击弹-拦截弹零控脱靶量、攻击弹-拦截弹终端横向相对运动速度零控脱靶量、目标-攻击弹零控脱靶量以及目标和拦截弹的加速度,建立了性能指标函数,同时考虑目标和拦截弹加速度的有限性,基于极小值原理设计了最优协同拦截制导律。仿真结果表明,相比目标和拦截弹独立飞行的情况,采用协同拦截制导律,在考虑了目标安全性的前提下,机动性较弱的拦截弹能够以较平直的弹道成功拦截攻击弹。     

基于GRU的敌方拦截弹制导律快速辨识方法

针对拦截弹制导律辨识问题,基于门循环单元(GRU)神经网络提出了一种制导律辨识方法.首先,构建了三维空间下的拦截弹-我方飞行器相对运动模型,并假设拦截弹采用经典的比例导引(PN)制导律或增强比例导引(APN)制导律.由相对运动模型提取数据,构成训练样本集和测试样本集,样本输入为敌我双方运动学信息,标签为敌方拦截弹对应的...     

基于蛇行变轨的反舰导弹末制导律研究

提出了一种超声速反舰导弹针对海面机动目标的主动蛇行变轨导引设计方案。首先建立了反舰导弹、拦截弹和舰艇在航向平面的运动几何关系模型,然后基于Terminal滑模控制的思想进行了制导律设计,采用约束视线角和视线角速度的方法使反舰导弹在打击舰艇的过程中实现蛇行变轨,以能够规避敌方拦截导弹。仿真结果表明,该制导律具有期望的性能要求。     

基于控制变量参数化的主动反拦截突防最优控制计算方法

针对由于敌防空系统防御能力不断提高所带来的进攻导弹突防难题,提出主动反拦截突防(IAIP)的概念,以弥补传统机动突防仅考虑进攻导弹的逃逸而忽略其攻击任务的缺陷。根据IAIP制导的内涵,在综合考虑目标的机动性能、拦截导弹末段的拦截特性及进攻导弹的控制系统性能的基础上,建立进攻导弹-目标-拦截导弹的三体运动模型。将突防制导指令的设计等效为最优控制的求解,其中突防指令为实现燃料最省目标的最优解,进攻导弹的过载、拦截导弹的脱靶量、进攻导弹的攻击角、打击精度和突防后的视线角,分别为控制约束、路径约束和末端约束。借鉴控制变量参数化(CVP)方法将最优控制问题转化为非线性数学规划问题,并将路径约束离散化后采用序列二次规划(SQP)算法得到突防时机给定条件下制导指令的数值解。提出基于CVP的混合遗传算法(CVP-GA),用于求解最优突防时机及制导指令。仿真结果显示,采用IAIP最优控制算法的进攻导弹在成功突防后的打击精度仍可满足任务要求,且其燃料消耗相对于传统串联式突防方法降低了23.7%,验证了该方法的有效性及优越性。     

拦截机动目标的自适应Super-Twisting协同制导律

针对多枚导弹协同拦截机动目标的问题,提出了一种自适应Super-Twisting协同制导律。首先,基于领从式策略建立了多弹在纵平面内的协同制导模型,并结合Super-Twisting控制算法和代数图论设计了鲁棒协同制导律。其次,利用RBF神经网络对目标机动能力进行自适应估计,同时设计在线调节增益函数抑制控制系统抖振。最终,基于李雅普诺夫直接法证明了整个制导控制系统的稳定性,并对4枚导弹协同拦截机动目标的情况进行数值仿真,仿真结果表明了所提协同制导律的有效性和优越性。     

基于微分对策的临近空间飞行器机动突防策略

针对飞行器机动突防问题,基于微分对策理论对飞行器在攻防对抗中制导阶段的机动突防策略进行设计与分析。首先将攻防对抗问题转化为二人零和博弈问题,并设计了二次型目标函数;其次,考虑到飞行器计算能力不足的问题,采取了适当假设以得到博弈问题的解析解,便于实际应用;最后对该机动突防策略进行了仿真验证,结果表明在攻防对抗中制导阶段,飞行器采用微分对策制导律,相较于正弦机动不仅减少自身54.3%的能量消耗,而且增加了拦截器58.6%的能量消耗,将显著增加飞行器末制导段对抗突防能力。     

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。     

超音速反舰导弹突防的三维制导建模研究

三维变轨制导律的设计是超音速反舰导弹提高突防能力的有效方法。为了深入研究超音速反舰导弹变轨突防的三维制导规律,针对反舰导弹、拦截弹和目标舰艇之间相对运动的特点,分别建立了三维空间中反舰导弹与拦截弹和反舰导弹与目标舰艇的相对运动矢量方程及其视线速率方程,为超音速反舰导弹变轨突防的三维制导规律研究与仿真提供了基础和前提。     

螺旋俯冲机动突防的制导律设计

针对识别和拦截技术高度发展所带来的突防难题,提出高超声速滑翔飞行器（HGV）螺旋俯冲机动突防的概念,并为此设计了一种基于虚拟滑动目标的自适应比例导引律。首先,通过分析HGV绕目标飞行的运动学特性,建立对数型的螺旋运动模型,以该模型为基础利用曲线渐伸线原理设计虚拟目标的滑动轨迹。然后,采用包含时变附加项的比例导引律追踪虚拟目标,从而实现引导HGV进行螺旋俯冲机动以及对真实目标的打击。接着,为提高虚拟目标的跟踪精度以及抵抗外部干扰的能力,设计了制导参数的闭环非线性自适应律,能根据当前偏差在线选择制导参数值。此外,还分析了满足收敛条件的制导参数的取值范围以及其进入闭环更新的策略。最后,分别针对静止目标和低速移动目标进行数值仿真验证,结果表明所设计的制导律不但能够引导HGV实施螺旋俯冲机动,还能够准确地命中目标。     

Q-learning强化学习协同拦截制导律CSCD

为实现多枚导弹协同拦截机动目标,提升拦截效能,提出了一种Q-learning强化学习协同拦截制导律。首先,基于逃逸域覆盖理论,建立了非线性多弹协同拦截模型。其次,以视线角速率为状态,依据脱靶量构造奖励函数,通过离线训练生成强化学习智能体,并结合传统比例制导控制方法,构建基于强化学习的变导引系数制导律,实时生成实现协同拦截的制导指令。最终,通过数值仿真验证了所提算法的有效性和优越性。     

导弹鲁棒高阶滑模制导控制一体化研究

针对传统制导与控制系统分开设计在拦截高速机动目标时的缺陷,提出一种高阶滑模制导控制一体化方法.综合考虑弹目拦截几何与导弹动态,根据零化视线(LOS)角速率的准则,将导弹制导控制问题转化为一个三阶积分链系统的镇定问题.基于几何齐次理论设计了标称系统的全局有限时间镇定控制律,同时针对目标机动和导弹气动参数摄动等带来的不确定性,利用超扭曲算法(STA)设计了补偿控制律.仿真结果表明,与传统制导与控制系统分开设计相比,本文所提出的鲁棒高阶滑模制导控制一体化方法具有更小的脱靶量,且导弹姿态和控制舵偏角的变化更加平缓.     

基于自适应动态规划的反高超武器微分对策制导律

随着各国高超声速技术的武器化进程加快,对反高超声速武器拦截技术的研究也不断深入,高超声速 武器高速度、大范围主动博弈突防的拦截制导问题成为拦截制导律设计领域的研究热点。针对具有主动博弈突防能力的高超声速目标拦截场景进行微分对策问题建模,并采用基于双启发式的自适应动态规划算法,对连 续非线性系统的微分对策纳什均衡解进行求取;通过 Matlab数字仿真对设计的拦截制导方法进行验证。结果 表明:相较于最优滑模制导律,基于自适应动态规划的微分对策制导律对目标的逃逸机动具有更强的适应性, 能够获得更高的拦截精度。     

远程弹头机动突防方案初步研究

提出了战略弹头机动突防的思想，研究了弹头轴向及法向机动时拦截弹进行成功拦截所需过载的计算方法，通过算例说明了弹头法向机动方案能够大大提高弹头的突防性能，并指出采用这种方案后，通过导航制导控制规律的设计还有可能提高弹头的落点精度。     

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。     

带角度约束的多飞行器编队协同拦截制导律设计

针对多枚飞行器协同拦截同一目标的问题,在最优控制与时间调整相结合的基础上,设计了一种带有时间约束与角度约束的协同制导律。首先,在初始时刻(或中段制导结束时刻),根据初始状态及终端角度约束情况,以指定策略为编队中的各飞行器分配拦截角度。其次,采用线性化最优控制的设计方法,解算带有拦截角度约束的最优导引指令。最后,在求解针对运动目标的飞行器剩余时间估计的基础上,根据一致性的方法推导时间调整项的导引指令。仿真结果表明,在典型背景下,设计的制导律能够使多枚飞行器以特定的编队构型协同拦截同一目标,从而有效提高拦截概率。