目标飞行器反拦截协同制导策略

为了提高目标飞行器的突防能力,基于视线(LOS)指令制导原理设计了一种协同制导策略.在建立目标飞行器、防御弹以及攻击弹相对运动模型的基础上,证明了LOS制导的可行性,得到了防御弹和攻击弹的加速度关系,并给出了防御弹的LOS指令制导算法;然后,将目标飞行器和防御弹作为一个协同体,为目标飞行器突防进行逆比例制导设计.该协同...     

主动防御的滑模制导算法研究

针对主动防御中基于线性化模型设计的制导算法在较大前置角偏差下性能较差的问题,提出防御弹的单向协同滑模制导算法和目标、防御弹的双向协同滑模制导算法。建立了目标、防御弹和拦截弹的相对运动学模型和线性化模型。在目标机动不依赖于防御弹场景下,基于滑模控制理论,选取零控脱靶量（Zero Effort Miss,ZEM）作为滑模面,设计了防御弹的单向协同滑模制导算法。为了进一步提高性能,选取ZEM和零控相对速度（Zero Effort-Velocity,ZEV）作为滑模面,设计了目标、防御弹的双向协同制导算法。通过大量的仿真算例,验证了提出的制导算法的有效性和鲁棒性。     

带攻击角度约束的三维领弹-从弹时间协同制导律

针对多导弹在三维空间以期望角度协同攻击机动目标的问题,提出一种三维领弹-从弹时间协同制导律。根据弹目相对运动关系建立领弹-从弹三维非线性协同制导模型,无需小角度假设;在视线法向和侧向上,基于2阶滑模控制理论和设计的有限时间收敛滑模面,分别设计领弹-从弹三维角度控制制导律,在提高系统收敛速度的同时抑制了抖振现象;在从弹视线方向上提出时间协同制导律,创新性地将领弹-从弹协同制导问题转化为2阶多智能体一致性跟踪控制问题,充分利用导弹间的信息交互,在实现从弹和领弹时间协同的同时避免传统的剩余时间估计造成的误差问题;同时对新算法分别进行严格的Lyapunov稳定性证明。仿真结果表明：新的三维领弹-从弹时间协同制导律可以有效控制领弹和从弹在三维空间以期望角度高精度协同攻击机动目标。     

增强探测信息可观测性的主动防御滑模协同突防制导律

针对敌方来袭拦截弹制导策略未知的主动防御协同突防场景,考虑目标弹-防御弹单向和双向协同配合模式,采用滑模控制方法提出了兼顾拦截弹探测信息可观测性和防御弹反拦截精度的协同突防制导律。构建了融合空间探测构型需求和拦截成功必要条件的滑模面,分别应用双幂次趋近律和带状态反馈的指数型趋近律,推导了目标弹-防御弹的单/双向协同制导律。相较于单向协同,双向协同通过引入加速度代价函数,应用最优化方法优化了协同突防制导律,目标弹通过协作机动帮助防御弹降低打击来袭拦截弹的过载需求。仿真结果表明,协同滑模突防制导律可确保目标弹和防御弹达到期望的空间探测构型,并能够精准地打击来袭拦截弹。     

一种适用于多弹联合攻击机动目标的协同制导策略

针对多枚采用被动导引头的导弹联合攻击机动目标的问题,基于多站无源定位技术与增强比例导引(APN)规律设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的协同制导策略。该制导策略根据被动测角信息建立多弹联合的目标跟踪模型,应用扩展卡尔曼滤波方法对目标的运动信息进行估计。在中制导阶段采用多智能体一致性控制理论设计了制导规律,沿垂直于领弹视线方向分布各从弹,满足三角定位中的测量基线要求。在末制导阶段设计了一种切换制导规律,使导弹工作在一致性制导模式与APN制导模式之间,充分利用目标机动信息进行攻击的同时尽量保持测量基线。仿真算例验证了所提出的制导规律能够利用多弹的测角信息准确估计目标运动,并利用该估计信息实现对机动目标的协同攻击。     

基于体系对抗的多弹协同制导技术研究

针对复杂战场环境下空袭体系的群目标威胁问题,主要研究了基于体系对抗的多弹协同制导作战体系流程及其协同攻击技术与战术。研究了体系对抗下多弹协同性能特点,包括探测与反探测、干扰与抗干扰、隐身与反隐身、攻击与抗攻击等内容;提出了一种面向防空拦截的多弹协同作战体系结构;另外就实现多弹协同制导前提基础、构成要素、支撑手段的关键技术开展深入研究;通过研究总结了多弹协同的智能化、协同化、体系化、多用化作战是未来战场防御空袭系统的有效手段。对研究多弹协同制导技术具有一定的参考价值。     

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。     

多飞行器协同制导问题研究

根据多飞行器协同制导的特点和要求,提出了一种适用于领弹-从弹策略的时间协同制导结构。该时间协同制导结构由个体独立导引控制和系统总体协调控制两部分构成。由位于领弹中的中央处理单元进行协调控制,占主要地位的领弹通过向从弹广播协同信息以实现整体的协同控制,协同信息包括期望攻击时间和领弹与目标的相对运动信息。针对此结构的特点和从弹无导引头的要求,给出了具体可行的视线角速率提取算法,从而降低了从弹弹载计算和探测设备的要求。从弹根据协同信息调整飞行轨迹,使得各弹同时到达目标,并且综合代价最小。仿真结果表明,采用此制导结构能够有效地实现协同攻击,验证了其良好的性能,使得多枚飞行器的整体性能达到全局最优。     

多导弹协同作战制导律研究

为了增强多枚反舰导弹协同作战时的突防和打击能力,提出了一种由弹目距离协同制导律和视线角速度收敛制导律两部分组成的多导弹协同制导律。综合多枚导弹的弹目距离信息,设计了期望弹目距离。基于比例导引律建立了导弹目标相对运动非线性模型,采用时标分离原理将其分为快变子系统和慢变子系统,然后采用动态逆系统理论将2个子系统反馈线性化,基于线性系统理论设计了能够实现多弹弹目距离趋于期望弹目距离的制导律。为了保证各导弹顺利地协同攻击目标,在飞行末段,采用有限时间控制理论设计了在弹目距离逐渐缩小的过程中视线角速度在有限时间内快速收敛到零的制导律。仿真结果表明:采用该协同制导律能够使多枚导弹以期望的弹目距离同步接近目标,最后几乎同时命中目标,有效地实现了弹目距离和攻击时间的协同。     

考虑零控拦截的中制导最优弹道修正

针对临近空间防御作战问题,设计了考虑零控拦截的中制导段最优弹道修正算法。通过分析末制导阶段拦截弹和目标的相对运动关系,推导得到了零控拦截条件,此条件由目标和拦截弹的速度比以及二者速度矢量和视线之间的夹角唯一确定;针对目标信息更新造成的基准弹道不满足零控拦截条件的情形,提出了在中制导段进行最优弹道修正的方案,调整中制导和末制导交接班时刻拦截弹状态,以重新满足零控拦截条件;通过对基准弹道满足的最优化条件以及横截条件进行再次求导,推导得到了控制量的补偿量,此补偿量的求解考虑到了拦截弹的初始状态偏差以及终端约束偏差,确保了指令解算的可实现性。通过仿真验证了所提方法的有效性以及优越性。     

带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律

为提高攻击时间控制制导律的鲁棒性和工程适应性,以弹目拦截几何关系为基础,采用滑模技术设计了一种带导引头视场角约束的无奇点攻击时间控制制导律。通过Lyapunov理论证明了该制导律的稳定性和收敛性。理论分析及仿真结果表明：当攻击时间误差变为0 s时,该制导律可演变成纯比例导引律,末端需用过载变化平缓、命中点处为0 g;所设计制导律可有效实现静止目标拦截、多导弹协同攻击等场合的攻击时间控制。     

基于有限时间小超调预设性能控制的三维滑模末制导律设计

为了实现对高速机动目标的特定攻击角拦截,本文结合控制领域的新型控制方法——有限时间小超调预设性能控制设计了新型三维滑模末制导律。为了确保视线角和视线角速率能够在有限时间内收敛至期望值,通过视线角偏差和视线角速率偏差构建了线性滑模面;在趋近律设计上,基于有限时间小超调预设性能控制分别设计了视线偏航平面和视线俯仰平面的制导指令,保证跟踪误差可以按预设的收敛时间收敛,并且超调量约束在较小范围内,同时引入非线性有限时间观测器对制导指令中包含的目标加速度项进行估计,进一步提高了制导精度。通过仿真可知,本文制导律可以实现不同拦截条件下对目标的特定攻击角拦截,与现有的快速终端滑模制导律相比,可以保证滑模变量在有限时间内小超调收敛,同时实现特定角度打击,拦截机动目标时脱靶量可以控制在1 m以下,提升了系统的稳态性能和瞬态性能。     

具有高可靠性弹间通讯的多弹协同打击制导策略

针对多弹协同攻击目标的问题,基于De Bruijn网络结构提出一种分布式领弹-从弹制导策略。为了避免对攻击时间的估计,应用分布式网络原理设计协同制导分量,得到从弹的机动控制指令,在速度大小和方向上同时对导弹进行控制,状态信息可以快速收敛。采用De Bruijn网构建当地通讯拓扑网络,进行弹间信息的交互,以实现协同攻击。该制导律形式简单,易于参数测量,便于工程应用,De Bruijn通讯网络具有良好的容错性、灵活性和可靠性,适合于大规模作战网络。通过仿真案例验证了算法的有效性。     

基于脉冲发动机特性的多弹协同制导律设计

针对攻击高速目标的多弹协同制导律设计问题,提出一种基于脉冲发动机工作特性的多弹协同制导律设计方法.首先,求解视线系下的弹-目相对运动方程;其次,在视线方向上采用有限时间一致性理论进行协同制导律设计,视线法向采用滑模变结构控制理论进行视线角度约束制导律设计;然后,对于视线方向上过载指令,考虑脉冲发动机工作特性,将视线系下的连续制导指令转换为离散制导指令,进而实现多弹协同制导;最后,通过数值仿真验证了所设计协同制导律的可行性和有效性.     

一种控制多弹协同攻击时间和攻击角度的方法

为了提高导弹的突防及精确打击能力,提出一种对协同作战的导弹进行攻击角度和攻击时间控制的方法.选取一枚导弹作为领弹,以目标为球心,以领弹距目标的距离为半径构造虚拟球体,根据从弹的理想攻击角在虚拟球体上确定从弹所对应的虚拟点.建立从弹与虚拟点的相对运动模型,然后基于最优控制理论设计了状态调节器,控制从弹逼近且跟踪虚拟点,最后实现几枚导弹攻击时间和攻击角度的协同.为了降低对从弹需用过载的要求,对虚拟点的轨迹进行了改进设计.仿真结果表明,所提出的控制方法及对虚拟点轨迹的改进设计是有效的.     

基于扩张状态观测器的攻击角度约束制导律

为满足现代战场对拦截弹特定攻击角度约束的要求,设计了一种自适应滑模制导律。以弹目视线角与视线角速率为状态变量,在二维平面建立了制导模型;采用一种自适应滑模趋近律,设计了具有攻击角约束的制导律;采用扩张状态观测器,对目标机动进行估计补偿,并用于所设计的制导律。进行了仿真分析,结果表明,所设计的制导律能够引导拦截弹以期望的角度命中目标,对于目标的机动具有一定的鲁棒性,能有效实现对目标实行特定角度攻击并基本满足零脱靶量的要求。     

主动防御非奇异终端滑模协同制导律

由于在大气层外突防的弹道导弹机动能力很小易被导弹防御系统拦截,因此研究提高突防概率的有效手段具有重要的实用价值。提出基于主动防御方式的分阶段非奇异终端滑模协同制导律,防御导弹的制导过程分为阶段1和阶段2两个阶段。阶段1设计基于视线三角制导策略的制导律,防御导弹将自身控制在目标和拦截导弹的视线上,能有效降低防御导弹需用过载,对相对运动模型进行近似,带来的误差比较小;阶段2设计零化视线转率策略的制导律,使用更加精确的相对运动模型,避免了阶段1近似建模在制导后期带来的较大误差。仿真计算结果验证了该制导律的有效性。     

红外导引头成像跟踪阶段的反演变结构制导规律设计

在拦截弹红外导引头成像图像跟踪阶段,当拦截弹距离目标很近时,动态特性对制导精度有着至关重要的影响,针对这种情况,文中充分考虑了弹道拦截弹助推段拦截对拦截弹末段控制制导的要求,结合复合控制系统简化模型,提出了一种使得视线角速率在有限时间内收敛的反演变结构制导规律,此制导方法实现了拦截弹的零脱靶量,最后仿真结果验证了所设计制导方法的有效性。     

多约束超螺旋滑模变结构制导律

针对末制导过程中出现的加速度、落点和落角等多约束问题，研究一种多约束2阶超螺旋滑模制导律。将弹目相对运动方程转化为标准2阶系统模型，基于超螺旋(ST)算法设计2阶滑模制导律，使系统能够快速达到收敛，满足对落角的导引精度需要；采用饱和函数代替符号切换函数，消除滑模变结构算法固有的抖振问题；为解决加速度受限问题，设计带辅助系统(AS)的制导律。数字仿真结果表明，所设计的制导律能以期望的攻击角度和落角精确命中目标，与现有的1阶滑模制导律相比，收敛速度更快，制导精度更高。     

基于网格划分与BP网络的中制导弹道 在线生成方法

针对临近空间高超声速目标高速、高机动的特点,为改善拦截弹中制导性能,将基于网格划分的中制导离线弹道优化与神经网络相结合,提出了一种中制导弹道在线生成方法。以拦截区域网格化形成的网格点为约束,采用离线弹道优化方法,形成覆盖拦截区域的弹道数据库; 利用BP神经网络对非线性函数的逼近特性,通过训练实现对弹道数据库的逼近,构建BP神经网络模型,实现中制导弹道在线生成。仿真分析结果表明:中制导过程中,在终端约束调整和不调整的2种情况下,该文设计的中制导弹道生成方法均具有较好的性能。