Ideal proportional navigation for exoatmospheric interception

Ideal proportional navigation (IPN) is a natural choice for exoatmospheric interception for its mighty capture capability and ease of implementation. The closed-form solution of two- dimensional ideal proportional navigation was conducted in previous public literature, whereas the practical interception happens in the three-dimensional space. A novel set of relative dynamic equations is adopted in this paper, which is with the advantage of decoupling relative motion in the instantaneous rotation plane of the line of sight from the rotation of this plane. The dimension-reduced IPN is constructed in this instantaneous plane, which functions as a three-dimensional guidance law. The trajectory features of dimension-reduced IPN are explored, and the capture regions of dimension-reduced IPN with limited acceleration against nonmaneuvering and maneuvering targets are analyzed by using phase plane method. It is proved that the capture capability of IPN is much stronger than true proportional navigation (TPN), no matter the target maneuvers or not. Finally, simulation results indicate that IPN is more effective than TPN in exoatmospheric interception scenarios.     

有向拓扑条件下针对机动目标的分布式协同制导律设计

研究了在有向拓扑条件下针对机动目标的分布式协同制导律的设计问题。首先，根据飞行器与目标之间追击过程的几何关系建立制导过程系统模型，针对该模型的非线性问题采用动态反馈线性化方法进行处理。将目标未知机动视为干扰，通过扩张状态观测器进行观测，同时将该估计值用于制导律的设计中，通过直接补偿的方式剔除目标机动对飞行器剩余飞行时间的影响。然后，将所设计的制导律代入到制导模型中，利用一致性分析方法将多飞行器协同制导问题转化为一致性问题，利用极点分析的方法对非一致性子空间的收敛性进行分析，得到协同制导律收敛的充要条件。最后，通过仿真分析的方式对所设计的协同制导律以及制导律的参数选取方法进行分析。     

基于解析剖面的时间协同再入制导

针对高超声速滑翔飞行器再入段时间协同制导问题，提出一种基于高度-速度剖面的预测校正协同制导律。首先在高度-速度剖面内设计了参考轨迹，利用两个轨迹参数在线预测剩余飞行航程和时间；通过数值算法校正两个轨迹参数以满足航程和时间约束并求取实际控制量，结合侧向航向角走廊实现了单飞行器的时间约束再入制导。在此基础上分析了飞行器的时间可调范围，针对多飞行器协同再入任务设计了协同飞行时间和协同策略，实现了时间协同再入飞行。该策略考虑到再入过程中的通讯困难，避免了弹间通讯，且充分利用了飞行器纵向动力学，时间可控范围较大，更加适用于实际的再入过程。仿真结果说明了时间约束再入制导律对时间的可控性和协同策略的有效性。     

基于时间最优的大气层外拦截律设计

针对大气层外拦截提出了一种基于拦截时间最短的拦截律。根据最优控制理论由相对运动参数确定拦截弹时间最优的推进方向,用变结构控制理论调整拦截弹姿态角以跟踪指令姿态角,拦截弹沿体轴方向持续推进直至拦截结束。拦截律要求控制器在较短的时间完成对指令姿态角的跟踪后即停止工作。仿真结果表明：拦截律有很好的拦截精度,可引导拦截弹对目标实施碰撞杀伤。     

弹道导弹的标准弹道迭代方法研究

传统的以大地距离和大地方位角为基础的标准弹道迭代方法要对目标点的高程和爆高进行归算修正,因此会带来误差。提出了直接利用战斗部爆点坐标进行迭代的方法,可去除高程归算的误差。计算结果表明,该方法是有效的,完全能够满足实际需要。     

基于准滑模控制的空间拦截末制导律设计

滑模控制虽然对外部干扰和内部摄动具有不变性，但由于其自身的抖振原因，限制了其在实际工程中的应用．而准滑模控制克服了滑模控制的抖振问题，并对扰动有较强的鲁棒性，因此有广泛的应用．针对天基拦截的非线性模型，考虑到发动机的实际工作特性，基于准滑模控制思想，设计了一种易于工程实现又可控制精度的制导律，并通过数值仿真，验证了该制导律的有效性，并得到了满意的结果．     

PLC在大型精密仿真转台运行保护中的应用

从大型五轴飞行目标仿真转台的实现角度出发,分析和研究了PLC在其安全运行保护中的应用方法、设计思路及实现方案。     

空地导弹滑模制导方法研究

针对空地导弹的制导规律设计问题,给出了滑模制导方法,建立了纵向平面内的弹-目相对运动方程。基于滑模控制理论,设计了空地导弹的制导规律,以同时保证脱靶量和弹道倾角要求,并针对固定目标,给出了相对距离和相对速度的解算方法,介绍了针对移动目标的相对距离和相对速度估算方法。仿真结果表明,该制导方法具有较高的制导精度,并且满足弹道倾角约束。     

红外精确制导系统对空中点目标的识别问题

利用目标本身辐射的红外能量,实现对运动目标状态的精确测量,是当前一种较为先进的精确制导技术。由于红外干扰及红外隐身技术的发展,在制导系统的分析设计中必须要考虑红外抗干扰的问题。本文主要讨论,当存在点源目标的干扰时,红外精确制导系统中实现目标识别和信息处理基本原则和步骤。     

基于偏置比例导引与凸优化的火箭垂直着陆制导

凸优化由于求解效率高在飞行器轨迹规划和制导中得到广泛研究应用。但是，由于火箭垂直返回制导需要考虑气动力带来的非线性，现有的凸优化求解方法或简单地采取逐次线性化近似凸化最优控制问题，经常出现收敛性问题；或需针对具体问题进行相应的系列凸化剪裁，虽然改善了收敛性，但不同模型的凸化剪裁方法差别很大，通用性较差。为此，将偏置比例导引与凸优化相结合，用以求解存在落角、落速和推力范围约束的火箭垂直返回定点软着陆制导问题。提出的制导方法将该制导问题分解为法向满足落角与落点约束的偏置比例导引，以及切向满足速度与推力约束的凸优化和滚动时域控制制导。在切向制导中，提出利用三次多项式近似飞行轨迹以方便凸优化求解，并建立剩余飞行时间的估算方法以提供给比例导引。仿真结果表明，提出的制导方法能有效满足各种约束，实现火箭精确着陆。与现有的直接采取逐次线性化近似的凸优化方法相比，提出的方法由于将制导进行切向和法向分解，大为简化了凸优化模型，显著提高了求解效率和收敛性。此外，提出的方法无需复杂繁琐的凸化处理，对于一般的推力可控且对末速存在约束的固定终端位置的制导问题皆适用。