大量程MEMS陀螺仪在高速旋转导弹上的应用

弹旋频率是影响旋转导弹制导精度的主要因素之一.本文提出了一种弹旋频率测量用大量程MEMS陀螺仪技术方案,开展了大量程MEMS陀螺仪在旋转导弹上的应用研究,解决了大量程MEMS陀螺仪在偏心安装、较大力学环境下提高测量精度等问题,通过了飞行试验验证,实现了旋转导弹弹旋频率的精确测量.     

空空导弹成像制导系统动态仿真技术研究

提出了一种用于空空导弹制导系统动态仿真测试的数字成像导引回路设计与实现方法。通过设计合理的数字模拟接口并将真实的红外成像导引头用数学模型替代,可以实现数字导引头与导弹飞控舱实物的有效连接,完成灵活的制导系统数字/实物多重组合动态仿真。在保证必要的红外目标辐射特性和运动特性建模精度基础上,采用这种方法可以满足导弹制导算法的研制和调试需要。该方法目前已在某型红外数字化空空导弹的制导系统算法研制中获得应用,取得良好的应用效果。     

导弹的直接力/气动力控制系统设计

针对临近空间大气稀薄、防空导弹获得气动力较小的问题,提出了一种直接力/气动力复合控制系统设计方案。首先建立了导弹的气动控制系统模型,然后建立了采取轨控方式的直接力控制系统模型。以弹目相对距离作为直接力控制系统开启的判断条件,输出脉冲直接力,将气动力和直接力的控制作用叠加,构成了直接力/气动力复合控制系统,弥补了导弹末制导末段气动过载较小的不足,提高了导弹的制导精度。通过具体的仿真实例及定性分析,验证了该复合控制系统设计方案的有效性和可行性。     

基于纯比例导引的拦截碰撞角约束制导策略

拦截碰撞角约束制导是当前导弹制导研究的关键问题之一。首先基于理想比例导引（IPN）律拦截非机动目标的解析解,推导了纯比例导引律（PPN）拦截固定目标的解析解,得到了弹目相对距离、制导指令加速度和导弹前置角的显示表达式,并进一步得到了拦截碰撞角与弹目相对运动状态和比例导引系数之间的解析表达式。其次,基于该解析表达式,提出了基于PPN的拦截碰撞角约束制导策略（PPNIACG）,并探讨了在铅垂面内进行落角约束打击和水平面内进行拦截碰撞角约束打击的2种实现方式。最后,以弹道成型制导律（TSG）和最优碰撞角约束制导律（OIACG）为参考,通过数值仿真算例,对PPNIAC的拦截性能进行了对比分析,验证了所提出制导策略的有效性和正确性。     

Saturated super-twisting sliding mode missile guidance

This paper concentrates on developing a missile terminal guidance law against a highly maneuvering target whose maneuvering acceleration is very close to that of the missile or even exceeds the missile normal acceleration in a finite period of time. A new saturated super-twisting algorithm is proposed and applied to the design of missile guidance law. The proposed algorithm has the advantages of simple structure, easy parameter tuning rules and a full utilization of the limit control input. The designed saturated super-twisting sliding mode guidance law is then employed in a missile guidance system. Simulation and its superior performance against strong maneuvering targets is demonstrated.     

Adaptive block dynamic surface control for integrated missile guidance and autopilot

A novel integrated guidance and autopilot design method is proposed for homing missiles based on the adaptive block dynamic surface control approach. The fully integrated guidance and autopilot model is established by combining the nonlinear missile dynamics with the nonlinear dynamics describing the pursuit situation of a missile and a target in the three-dimensional space. The integrated guidance and autopilot design problem is further converted to a state regulation problem of a time-varying nonlinear system with matched and unmatched uncertainties. A new and simple adaptive block dynamic surface control algorithm is proposed to address such a state regulation problem. The stability of the closed-loop system is proven based on the Lyapunov theory. The six degrees of freedom (6DOF) nonlinear numerical simulation results show that the proposed integrated guidance and autopilot algorithm can ensure the accuracy of target interception and the robust stability of the closed-loop system with respect to the uncertainties in the missile dynamics.     

过虚拟交班点的能量最优制导律

针对固定目标的导弹过虚拟交班点制导问题，在希尔伯特空间下，基于最优化理论设计了有无终端落角约束两种情况下的全局能量最优制导律。通过对模型进行线性化，将提出的最优制导模型转化为线性二次型最优控制问题，在此基础上利用零控脱靶量（ZEM）概念对系统模型进行降阶，并推导出解析解。设计的制导律可以使导弹准确经过虚拟交班点，并实现期望终端落角。仿真结果表明，与经典制导律对比，该制导律可以显著减少全局控制能量消耗。     

捷联寻的制导系统弹体追踪导引方法研究

对捷联寻的系统的简易制导方法—弹体追踪法进行全面剖析 ,解析分析了弹体追踪法对导弹速度、目标速度的约束 ,以及弹体阻尼、滞后、舵偏到攻角之间的传递系数对弹体追踪导引性能的影响。通过数学推导及应用控制理论分析与仿真 ,弹体追踪法较比例导引和速度追踪法在导引特性和打击机动目标时性能较差 ,但其成本较低 ,是一种降低制导武器成本的简易制导方法。但采用弹体追踪法时 ,导弹和目标的速度不能太大 ,当制导武器系统在形成导引误差信号存在固有滞后时 ,弹体稳定回路需要有一定阻尼 ,且舵偏到攻角之间的传递系数不能太大 ,即飞行过程中攻角要较小。     

导弹制导控制系统半实物仿真系统的设计与实现

为了更有效地对导弹制导与控制技术进行研究,设计了一种以仿真技术和弹上计算机相结合的测试系统。通过仿真计算机输出相应的加速度脉冲给弹上计算机,弹上计算机输出反馈信号给仿真计算机,从而实现测试系统的闭环工作。该测试系统能同时考察弹上多种硬件设备及飞行控制程序的工作状态,对优化制导与控制方法有较大的帮助。     

红外成像导弹目标截获概率

导弹截获目标的概率是红外成像导弹的一项重要的设计指标。传统的目标截获概率通常通过统计方法得到,该方法需要建立导弹制导控制系统的详细数学模型,因此不适合在导弹总体方案设计阶段使用。针对传统方法的缺陷,通过分析影响红外成像导弹截获概率的主要误差源,从而建立了截获概率的数学模型,从理论分析角度给出了导弹截获概率的计算方法。仿真结果表明,建立的截获概率数学模型正确可信,计算的目标截获概率与传统统计方法结果相当,可以辅助进行各项误差的精度分配以及系统指标的设计,具有重要的理论意义和实际应用价值。     

被动式寻的导弹的运动跟踪变结构制导

应用运动跟踪变结构控制理论设计被动式寻的导弹的制导律。这种运动跟踪变结构制导律（ＭＴＶＳＧ）可以令导弹－目标相对视线角速度按照给定的运动规律变化,从而增强被动跟踪问题（等价于一个非线性系统）的可观性,同时保证导弹有很高的命中精度。仿真研究表明,在ＭＴＶＳＧ下,系统的可观性明显增强,因此系统状态的估计精度较高。进一步的研究表明,ＭＴＶＳＧ对系统状态估计误差有很强的鲁棒性。ＭＴＶＳＧ的上述各种优点使得导弹有很高的命中精度。     

对动态目标制导的导弹动力学逆系统跟踪控制

结合目标-导弹的运动特性,运用逆系统方法与制导原理,设计了导弹质心运动的Euler动力学系统跟踪控制器。在控制器设计中,综合考虑了目标飞行状态、控制律、制导律、解耦性及抗干扰性这几个重要因素。通过对弹体坐标系下导弹的外力矩实施控制,实现偏转角速度对动态目标的渐近跟踪控制。通过仿真验证,说明了控制器设计的合理性和有效性。     

基于自适应神经模糊推理系统的导弹直/气复合控制系统设计

针对导弹直/气复合控制问题,提出了一种基于自适应神经模糊推理系统的导弹直/气复合控制系统设计方法.首先,建立了直/气复合导弹数学模型.然后,针对常规模糊控制设计严重依赖经验的问题,在模糊控制的基础上引入神经网络,通过样本数据学习建立自适应神经模糊推理系统(ANFIS),并设计了脉冲调宽调频调制器.最后,通过仿真试验验证了所提的控制系统设计方法.仿真结果表明,基于ANFIS的导弹直/气复合控制系统能够快速精确地跟踪加速度指令.     

MEMS偏航角速度传感器在旋转导弹稳定回路中的应用

在旋转导弹稳定回路中,采用MEMS偏航角速度传感器用于弹体偏航角速度的测量,偏航角速度传感器是旋转导弹控制回路的重要组成部分。提出了一种全新的MEMS偏航角速度传感器技术方案,解决了MEMS偏航角速度传感器正交耦合、力学环境适应性、波形畸变等问题,实现了旋转导弹偏航角速度信号的精确测量。     

攻击地面固定目标寻的导弹的一体化制导与控制(英文)

This paper presents a scheme of integrated guidance and autopilot design for homing missiles against ground fixed targets. An integrated guidance and control model in the pitch plane is formulated and further changed into a normal form by nonlinear coordinate transformation. By adopting the sliding mode control approach, an adaptive nonlinear control law of the system is designed so that the missile can hit the target accurately with a desired impact attitude angle. The stability analysis of the closed-loop system is also conducted. The numerical simulation has confirmed the usefulness of the proposed design scheme.     

过载受限的变结构制导律滑动模态稳定域分析

针对实际导弹过载受限问题,基于到达条件,分析和确定了三维变结构制导律中滑动模态的稳定域.根据末端三维弹目相对运动学关系,建立了三维制导系统的数学模型,并以纵向平面模型和变结构控制中到达条件为基础,引入分段光滑连续函数,以三维平面间的耦合关系为出发点,从两个方面分析并确定了过载受限变结构制导律的滑动模态吸引区,证明其制导系统的稳定性.最后,针对零化视线角速率而设计的变结构制导律,确定了它的滑动模态吸引区,验证了理论分析方法的有效性.     

高超声速飞行器俯冲段制导控制一体化设计方法

针对高超声速飞行器高速俯冲飞行段制导控制系统设计问题,建立了俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型,提出了一种新颖的六自由度(6DoF)制导控制系统设计方法。基于目标-飞行器三维空间相对运动模型和坐标系转移关系建立了三维全耦合俯冲相对运动模型,推导得到了飞行器加速度在弹道坐标系三轴的分量与飞行器三通道角速率间的解析模型,进而结合飞行器绕质心动力学模型建立了以气动舵偏角为控制输入的俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型。该制导控制一体化低阶设计模型降低了俯冲飞行段制导控制系统的模型阶数,减少了六自由度制导控制系统的设计参数,省略了传统设计方法中根据期望过载反求气动欧拉角的过程;同时利用解析模型替代了传统方法中姿态控制环路的跟踪控制过程,简化了制导控制系统的设计流程,为制导控制一体化设计提供了一种新的分析思路。数值仿真结果验证了本文提出的制导控制一体化设计方法的有效性和鲁棒性。     

Design of optimal midcourse guidance sliding-mode control for missiles with TVC

This work discusses a nonlinear midcourse missile controller with thrust vector control (TVC) inputs for the interception of a theater ballistic missile, including autopilot system and guidance system. First, a three degree-of-freedom (DOF) optimal midcourse guidance law is designed to minimize the control effort and the distance between the missile and the target. Then, converting the acceleration command from guidance law into attitude command, a quaternion-based sliding-mode attitude controller is proposed to track the attitude command and to cope with the effects from variations of missile's inertia, aerodynamic force, and wind gusts. The exponential stability of the overall system is thoroughly analyzed via Lyapunov stability theory. Extensive simulations are conducted to validate the effectiveness of the proposed guidance law and the associated TVC.     

一种导弹攻击时间协同导引律

研究了具有攻击时间约束的多枚导弹协同导引律。首先,根据各枚导弹的估计到达时间来指定攻击时间,并由指定攻击时间设计期望的弹目距离,使攻击时间控制问题转化为弹目距离跟踪问题;然后,引入导弹导引非线性模型,采用反馈线性化的方法将其转化为线性模型;最后,利用线性极点配置的方法设计出稳定的控制律。仿真结果证明,所有导弹都能非常精确地按照指定攻击时间到达目标。     

导弹协同作战飞行时间裕度

 基于导弹协同作战任务规划系统进行合理任务分配的需求,研究了导弹可以修正控制飞行时间的裕度。根据导弹-目标在视线坐标系和角动量坐标系下的运动关系,得出了导弹相对于目标的加速度,并基于此给出了导弹剩余飞行时间的估算方法;当前时刻导弹剩余飞行时间的估算值与已经飞行的时间以及任务规划系统指定的期望到达时间构成时间反馈作用,用于修正控制导弹到达目标的最终飞行时间。由于真比例导引律在工程实现和解析运算中具有一定的优势,选择在真比例制导加速度的视线方向施加时间反馈控制作用,进而得出了基于真比例导引律的导弹协同作战飞行时间控制导引律;最后重点研究了在该时间控制导引律的作用下,存在导弹的飞行速度限制以及弹目相对运动约束时,导弹飞行过程中任一时刻对应解析形式的可控飞行时间的裕度。仿真结果表明,本文的设计合理可行,对于多弹协同作战的实现具有重要意义。