大气层外侧向力控制KKV末制导仿真与分析

建立了动能拦截器运动学和动力学模型,以及轨控发动机和姿控发动机的推力模型,提出了拦截导引律的实现方法及轨控和姿控发动机的控制规律.在此基础上进行了动能拦截器拦截过程仿真,验证了动能拦截器能够直接碰撞命中弹道导弹的结论,并分析了影响脱靶量的一些因素.     

弹道拦截的HP三维模型及自适应变结构制导律

HP（head pursuit）导引方法是将拦截器导引到目标轨道的前方进行拦截，拦截器的速度小于目标导弹的速度，从而可以解决拦截器导引头的气动加热问题，降低对拦截器探测设备的要求。在建立了HP导引方式的目标和拦截器三维制导模型基础上，对机动变速目标应用滑模变结构控制理论提出了一种自适应变结构制导算法，并设计了HP空间自适应变结构制导律，拦截器和目标导弹弹道拦截的三维数字仿真验证了模型和制导律的正确性。     

一种新的最优空基反弹道导弹中制导方法研究

空基反导以其部署灵活、响应速度快等特点而受到各军事大国高度重视。针对常见的规划弹道,对处于飞行中段的弹道导弹进行拦截具有诸多优势,因此,为拦截器设计一种精确、能耗最优的中制导律至关重要。首先,本文基于简化的弹-目相对运动学模型,运用LQR理论设计了一种新的能量最优空基反弹道导弹中制导律;其次,根据给定的弹-目初始条件,通过数字仿真对所设计的制导律进行了验证。结果表明,本文提出的制导律可以较好地满足空基拦截弹道导弹中制导要求。     

一种Terminal滑模制导规律研究

为拦截高速、大机动目标,建立了纵向平面内的拦截器-目标非线性相对运动学模型,基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到0的思想,设计了纵向平面内的Terminal滑模制导律,并结合Lyapunov稳定性理论对其稳定性进行了证明推导;将继电特性连续化的方法引入到制导律设计中,实现了准滑动模态控制.仿真表明,所设计制导律能使视线角速率在有限时间内收敛到0.该制导律符合动能拦截器可用过载小、燃料受限、对脱靶量要求高等要求,具有一定的工程应用价值.     

高阶滑模制导律的设计与实现

针对机动目标拦截问题,应用高阶滑模控制方法,设计了高精度制导律。在制导律设计过程中,针对目标机动,基于增广比例导引设计了滑模变量,考虑二阶弹体动态特性,设计了二阶滑模制导律。应用高增益扩张状态观测器对制导信息进行估计,完成了制导律的实现。数值仿真结果验证了方法的有效性。     

基于模糊变系数策略的迎击拦截变结构制导律设计

迎击拦截是拦截问题中常见的一种制导方式。为提高拦截器的末制导精度,基于变结构控制设计零化视线角速率的变结构制导律是一种典型方法。对高速目标的迎击拦截出现相对速度过大,目标机动能力引起的导引初段需用过载过大的问题,应用模糊控制设计制导律的导航项及变结构项系数随剩余导引时间变化的策略以延长系统进入滑模面的时间,使系统进入滑模面的同时有效减小末制导初段的控制量。建模及仿真结果显示,该制导律在使视线角速率收敛的同时显著地减小了导引初段的需用过载,验证了该方法的有效性及对传统比例导引律的优越性。     

中制导误差对反导拦截器末段拦截影响仿真分析

研究了中制导结束时目标速度估计误差和反导拦截器航向误差对末段拦截的影响.以THAAD为例进行分析,建立了末段拦截运动的简化模型,通过数字仿真研究了中制导误差与拦截器末段拦截所需机动能力之间的关系.仿真结果表明,提高中制导精度,通过综合考虑中制导目标速度估计精度和拦截器航向控制精度来选择适当的末段拦截入射角,将会降低拦截器的机动能力需求,从而改善末段拦截的性能.     

基于微分对策的弹道导弹机动突防研究

以导弹的攻防对抗为背景,基于微分对策理论对弹道导弹中段的机动突防制导律进行了研究,推导获得了双方制导律的最优解.结果表明,在弹道导弹的有限可用过载条件下,适当适时机动可以使动能拦截器产生一定终端脱靶量从而实现有效突防.     

弹道导弹反动能拦截器机动突防研究

针对动能拦截器的拦截,研究了弹道导弹在大气层外作无动力飞行时的突防机动问题.分别建立了突防导弹和动能拦截器的六自由度运动学和动力学模型以及它们之间的相对运动学模型,突防弹采用了最优突防策略,拦截器采用了最优末制导,仿真得到了突防弹在正弦机动下的脱靶量,并研究分析了突防机动周期、突防机动时机等因素对突防效果的影响.     

基于三点法拦截几何的导弹滑模制导律设计

针对传统的三点法制导律在六自由度弹道仿真时的应用限制,设计了一种基于三点法弹目拦截几何的滑模制导律。在地面坐标系下利用方向余弦阵,推导出了三维空间中三点法制导律的弹目拦截几何; 将目标机动视为模型扰动量,建立了三点法拦截几何的状态空间方程; 基于滑模控制理论,通过选取合适的滑模面并通过极点配置确定其参数,设计了一种滑模制导律; 依据Lyapunov稳定性理论,对所设计的制导律进行了稳定性证明并进行了数值仿真。仿真结果表明,在导弹整个飞行过程中,坐标原点、导弹和目标始终都在一条直线上,严格符合三点法弹目拦截几何,并且制导指令相对平滑,符合实际需求。     

考虑目标机动和落角约束的二阶滑模制导律

针对末制导阶段导弹以期望的终端落角攻击高机动目标的需求,将Super-twisting算法与自适应滑模扰动观测器相结合,提出一种满足终端落角约束的二阶滑模制导律。目标机动带来的干扰导致系统扰动的上界未知,将目标加速度视为系统扰动,设计自适应滑模扰动观测器对系统扰动进行在线估计,通过对观测器增益进行自适应调整,克服传统观测器选取增益时依赖扰动上界的缺陷。设计改进的Super-twisting算法作为制导律的趋近律,在降低抖振的同时使制导律可充分利用导弹的过载能力,从而提升系统的收敛速度,解决传统Super-twisting算法中系统状态远离平衡点时收敛速度慢的问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明该制导系统能在有限时间内收敛。数学仿真结果表明：自适应滑模扰动观测器和所设计制导律有效,自适应滑模扰动观测器能够准确跟踪系统扰动,所设计的制导律能够满足期望的终端落角约束,且具有较高的命中精度,脱靶量小于0.2 m。     

反鱼雷鱼雷自适应滑模导引律

针对在目标机动性加大的情况下常规鱼雷导引方法不能满足反鱼雷鱼雷迎面拦截来袭鱼雷需求的问题,为提高反鱼雷鱼雷拦截概率,提出了利用滑模观测/微分器对来袭鱼雷视线角速率进行估计的方法,基于李雅普诺夫稳定性理论,根据准平行接近的原理,推导出一种自适应滑模导引律。将该方法运用于反鱼雷鱼雷跟踪拦截,仿真结果表明,该导引律对干扰和参数摄动具有强鲁棒性,与传统比例导引法相比,其对机动目标的导引精度高,脱靶量小,可以满足反鱼雷战技术的需求。     

考虑自动驾驶仪故障的复合全局滑模制导律

为了提高对低空目标的跟踪精度,需将弹目视线角约束在布儒斯特角附近,以降低多径干扰对雷达导引头探测精度的影响。基于全局滑模控制的原理,设计出一种全局滑模制导律。该制导律可确保在跟踪拦截低空目标的过程中,将弹目视线角约束在布儒斯特角附近。该制导律由于使系统省去了趋近滑模面运动的过程,从而使系统具有全程鲁棒性。针对导弹自动驾驶仪执行制导指令时可能发生的故障问题,设计了一种虚拟指令作为故障扰动的补偿,结合所设计的虚拟指令,设计出一种复合全局滑模制导律。仿真结果表明,该复合制导律可大大提高系统的抗干扰性能,维持系统的稳定性。     

过载指令约束下的导弹导引律设计

基于平面内的目标-导弹相对运动方程,采用指令滤波backstepping方法设计了一种过载指令约束下的平面导引律,同时考虑了导弹自动驾驶仪的二阶动态特性。依据制导系统主要状态变量响应特性要求将制导系统分为两个子系统。采用指令滤波backstepping方法基于零化视线角速率原则和目标-导弹相对速度小于一个负常数的原则分别对两个子系统进行导引律设计。指令滤波backstepping方法不仅能够有效地处理过载指令饱和约束而且克服了传统backstepping方法中“项数爆炸”的缺陷。在过载指令饱和且导弹自动驾驶仪存在较大滞后的情况下,针对视线方向施加控制和不施加控制两种情况进行了仿真,结果表明设计的导引律在拦截大机动目标时具有优良的性能。     

考虑动态延迟特性的含攻击角度约束的制导律

针对打击固定或者缓慢移动目标时带攻击角度约束的制导问题,设计一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的制导律。基于平面内导弹-目标的运动模型,采用滑模变结构和非线性反步控制的方法,将导弹自动驾驶仪的动态延迟特性近似描述为一阶惯性环节,通过高增益的饱和函数,结合改进的开关项系数来消弱滑模抖振的影响,最终使视线角速率和导弹的弹道倾角分别趋于零和期望值。仿真的结果表明：该制导律下导弹能以期望的攻击角度命中目标,有效地克服控制系统的动态延迟对导引精度的影响,对参数的变化和外界的干扰有很好的适应性和鲁棒性,具有工程应用的参考价值。     

考虑自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的鲁棒末制导律

针对制导弹箭打击机动目标时带攻击角约束的末制导问题,考虑自动驾驶仪动态特性以及目标机动不确定性对制导过程的影响,结合积分滑模与动态面控制方法,设计了一种新型鲁棒末制导律。自动驾驶仪的动态特性以含扰动的2阶动力学模型来表征,目标机动引起的模型不确定性以光滑非线性扰动观测器来估计。滑模面取视线角速率与视线角偏差的组合形式,且引入剩余飞行时间,以使制导弹箭在整个末制导过程中过载性能良好。依据李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统中视线角速率与视线角偏差均最终一致有界任意小。通过数值仿真与弹道成型制导律及非奇异滑模制导律进行了对比,验证了该末制导律的有效性与优越性。     

基于模糊神经网络的滑模变结构制导律的研究

针对滑模变结构制导律难以避免的抖动问题,提出了用模糊神经网络控制去抖动的方法。介绍了滑模变结构控制一般的消除抖动的方法,引出一般的滑模变结构制导律,然后介绍模糊神经网络控制理论,设计出基于模糊神经网络、具有更好去抖动能力的滑模变结构制导律。Matlab弹道仿真表明,与一般的滑模变结构制导律相比,该制导律不仅去抖动效果很好,而且脱靶量非常小,制导精度高,对机动目标的拦截具有非常好的效果。     

基于Matlab的比例导引弹道仿真分析

介绍了比例导引法的导引规律,推导了基于比例导引规律的拦截弹弹道方程.给出了一种目标做正弦机动飞行的轨道方程,并采用Matlab对拦截弹拦截目标进行了目标拦截仿真.分析了拦截弹速度和目标速度,以及导引系数对拦截弹弹道的影响,研究了导弹实际飞行中弹道曲率与法向过载的关系.     

带末端角度约束的多导弹协同制导律设计

为了实现饱和攻击与饱和防御,提出了一种针对机动目标的多导弹协同制导律。建立了视线坐标系下的弹目相对运动数学模型,设计了三阶扩张状态观测器,对目标机动加速度项和运动方程中的耦合项进行观测与跟踪。在导弹飞行前段,基于滑模变结构理论设计了攻击时间可控的多导弹时间协同制导律; 在导弹攻击末段,基于有限时间控制理论设计了满足终端角度约束的制导律,给出了导引律切换条件。仿真结果表明:该复合导引律能够使多枚导弹在满足攻击末端角度约束的条件下实现攻击时间协同; 该制导律采用完备的空空导弹轨迹控制系统进行仿真,能够满足实际工程应用的要求。     

基于滑模干扰观测器的垂直攻击末制导律研究

针对导弹高精度、垂直打击地面目标的任务要求,将滑模干扰观测器和比例导引律相结合,提出了一种满足多约束条件的鲁棒性末制导方法.综合考虑落点、落角等约束条件,给出了纵向平面和侧向平面的比例导引系数的选取原则.为了弥补比例导引的不足,提高制导系统的鲁棒性,基于滑模干扰观测器对不确定性进行了估计,确保了系统对导引指令的精确跟踪...