一种SAR成像制导导弹制导律研究

采用前侧视工作方式并选用聚束式高分辨成像模式的SAR成像制导导弹,应控制天线波束的指向使其较长时间照射目标区,等效地增加合成孔径的长度.因此必须合理选择制导律使前侧视条件成立,确保速度矢量与视线间有足够的夹角.为此,提出了导弹航向采用固定前置角导引律的方案,推导了利用导引头框架角信息实现的固定前置角导引算法并给出其工程实现形式;建立了导弹航向攻击平面制导系统数学模型并进行了数字仿真,验证了方案的合理性和可行性.     

具有末端落角约束的空地导弹滑模变结构制导律设计

为了提高制导精度,达到理想的毁伤效果,提出了一种空地制导武器近垂直俯冲攻击制导律.在建立二维平面内弹—目相对运动模型的基础上,将落角约束转化为末端视线角控制问题.针对落点和落角约束条件,设计了一种含有角度误差项、开关项、趋近律和常值量4个制导参数的滑模变结构制导律.分析了4个参数对制导性能的影响,得到了其选取依据.仿真结果表明,所设计的制导律脱靶量近似为0,落角接近90°,与比例导引律相比,脱靶量减小87.43％,落角增大47.01％.     

带落角约束的导弹滑模制导控制一体化设计

为了提高导弹的制导精度和毁伤效果,研究了带有落角约束的空地导弹制导控制一体化设计问题;在俯仰平面内,将弹—目相对运动方程和导弹力学方程相结合,建立了导弹一体化模型;在此基础上,采用反演递推方法,设计了带有落角约束的导弹自适应滑模制导控制一体化算法,并对其进行了稳定性分析;针对所设计的控制律,在不同的机动目标下进行了仿真和对比分析;结果表明,导弹的脱靶量均小于1 m,落角接近-90°,满足制导精度和末端落角约束条件。     

一种带时间协同和角度约束的多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间从不同初始位置同时拦截机动目标的问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同制导律.首先,给出三维空间的导弹–目标相对运动方程并建立了考虑视线角约束的多弹协同制导模型.其次,对视线纵向及法向方向分别设计了相应的协同制导律.其中在视线方向基于多智能体有限时间一致性理论设计了协同制导律,保证各拦截弹能够同时击中目标;基于一种新型的固定时间非奇异终端滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各拦截弹的视线角能够在固定时间内收敛至期望值,实现空间上的协同;同时,构造了扩张状态观测器估计目标加速度.最后,对三枚导弹同时拦截同一机动目标的情况进行仿真对比,验证了本文所提出协同制导律的有效性.     

带攻击角度约束的非奇异终端滑模固定时间收敛制导律

针对拦截机动目标的末制导问题,设计一种带攻击角度约束的末制导律.该制导律构造一种新型的固定时间收敛非奇异终端滑模面,能够在解决终端滑模面奇异性问题的同时使得滑模面、弹目视线角和弹目视线角速率在固定时间内收敛,保证收敛时间的上界是独立于弹目初始条件,可以被预先设定的.与传统的固定时间收敛控制相比,该制导律通过调节滑膜面和弹目视线角误差的趋近律指数使得制导系统收敛速率更快.同时,针对目标机动引起的未知扰动,引入一种扩张状态观测器进行估计,能够增强制导系统的鲁棒性,避免震颤现象的发生.最后,通过仿真实验验证所提出制导律能够以不同的攻击角度对机动目标进行有效拦截,且与其他制导律相比,所提出的制导律使得制导系统收敛更快,导弹拦截时间更短,拦截精度更高.     

侵彻型制导炸弹垂直攻击末制导律研究

侵彻型制导炸弹不仅要求较高的制导精度,而且要求命中目标时具有较大的弹着角.针对加装导引头的侵彻型制导炸弹垂直命中目标的要求,设计了一种非线性制导律,建立三维空间弹目相对运动的非线性模型,根据非线性系统输入输出解耦控制思想,并充分利用弹上组合导航系统和导引头提供的丰富制导信息,设计了一种能够保证弹目视线角速度趋于零,同时保证视线倾角趋于垂直的非线性制导律.仿真结果表明,上述制导律能够满足脱靶量和侵彻型制导炸弹对末端弹道倾角及攻角的要求,性能优于传统的带落角约束的最优导引律.     

终端角约束鲁棒制导律设计

研究优化制导系统性能,攻击具有终端角度约束地面目标的制导精度问题,存在测量误差的影响。为了提高精确制导律,提出一种考虑信噪比影响的H"非线性末制导律。以导弹与目标在纵向平面内的二维相对非线性运动为研究对象,建立弹目运动学模型,考虑信噪比的影响,以攻击末端姿态角度误差及控制能量最小为性能指标,基于准平行准则根据H∞理论设计鲁棒末制导律,并用Lyapunov稳定性理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性。最后根据制导精度及角约束条件给出量测系统测量信号的信噪比进行仿真,结果表明,设计的末制导律满足终端角度约束的要求,并提高了制导精度,为系统提供了依据。     

考虑参数优化的BTT导弹三维非线性制导律

针对BTT（bank-to-turn）导弹制导过程中的通道耦合问题,设计了一种考虑制导参数优化的新型的三维非线性制导律.首先,采用旋量描述方法构建弹目视线方位模型,采用矢量描述方法构建弹目视线角速度模型,从而得到了导弹制导的三维非线性模型;然后,将制导律分为制导控制项和耦合补偿项.基于制导控制项最优设计相应的目标函数.同时,在不损失制导信息的情况下,将制导模型转化为线性形式;最后,分别针对无终端约束和有终端约束情况,基于二次型最优方法得到了三维制导律.该制导律既解决了通道解耦,其制导参数又满足一定物理意义下的最优性.仿真结果验证了本文所设计制导律的有效性.     

考虑导弹速度时变的角度约束最优中制导律

以导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,本文运用间接高斯伪谱法设计带攻击角度约束的最优中制导律.通过零化弹目相对法向速度,将攻击角度约束转化为视线角约束.考虑导弹速度时变的情况,建立带角度约束的制导方程.根据极小值原理推导最优中制导律的解析表达式,运用高斯伪谱法对最优中制导律进行离散化,把微分方程转化为代数方程,避免了求解Riccati方程.该方法不需要预先知道导弹未来的速度信息,计算量小,具有较好的实时性.仿真结果表明该中制导律可以满足逆轨拦截对弹目交会角的约束,且中制导末端的过载较小.     

拦截器末制导段误差模型的建立与仿真

针对大气层外高速飞行的动能拦截器,描述了末制导段拦截器的六自由度运动学方程.考虑到拦截器实时飞行过程中存在一定的误差,包括惯导误差、导引头测角偏差、动力系统误差和质心漂移,建立了拦截器在末制导段的误差模型.采用修正比例导引法设计末制导轨控规律及时补偿拦截器的法向需用过载,并使拦截器的姿态始终跟踪弹目视线.仿真结果验证了该误差模型的合理性,并在保证拦截器姿态稳定的情况下能有效实现拦截器末制导段的制导控制,且满足一定的脱靶量要求.     

含攻击角约束的网络化弹药分布式模糊协同制导律

在舰炮网络化弹药打击近岸机动目标的末制导段,提出了一种考虑攻击角约束的有限时间分布式模糊协同制导律.构建网络化弹药–目标相对运动模型,设计扩张状态观测器估计目标的切向、法向加速度.在视线切向,为保证命中时刻在有限时间内趋于一致,采用积分滑模设计分布式有限时间协同制导律;在视线法向,为在有限时间内零化视线角误差、视线角速率并改善控制指令终端发散现象,采用非奇异终端滑模设计两阶段制导律.为削弱控制指令抖振、补偿干扰,设计模糊自适应系统,并通过Lyapunov理论证明了全系统状态的一致最终有界性与有限时间收敛性.仿真实验表明:该制导律使网络化弹药在打击机动形式不同的目标时,均具备较好的协同制导性能.     

考虑加速度约束的终端角度约束滑模制导律设计

针对含终端角度约束的滑模制导律在制导初期加速度指令过大的问题,采用趋近律方法和引入阻尼项设计一种考虑加速度约束的角度约束滑模制导律.首先,分析制导指令大小与滑模变量趋近速度的关系;然后,在滑模面函数中引入阻尼项,动态调节制导指令中不同部分的占比,从而降低制导初期整体指令值;最后,设计多幂次自适应趋近律来调节不同阶段的滑模变量趋近速度,达到降低制导指令极值、满足加速度约束的目的,同时保证滑模面函数的快速收敛.与常见的终端角度约束滑模制导律相比,仿真结果验证了所提出方法在降低加速度极值方面的有效性.     

无人机空中加油过程中分数阶滑模会合导引控制

针对带末端角度和末端速度约束的无人机空中加油自主会合问题,设计了一种3维分数阶滑模导引律,使无人机在无加油机主动配合的情况下具备自主会合能力.首先,根据无人机与加油机之间的相对运动关系,设计了3维比例导引规律,使无人机能够到达期望的加油位置.其次,利用滑模控制的强鲁棒性特点以及分数阶微积分的精细控制特性,基于变结构理论和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种带有末端角度约束的3维分数阶滑模变结构控制律,并用所设计的分数阶滑模控制律对3维比例导引指令进行重构,使无人机能以期望的末端追踪角度到达加油位置.然后,构造了速度指令生成器,对无人机的末端速度进行约束.最后,对所设计的导引律进行了仿真验证,仿真结果表明所设计出来的导引律能满足追踪角度和速度约束的要求.     

滑模变结构有限时间收敛制导律

针对末端有入射角度约束的制导系统,基于滑模变结构控制思想设计了一种有限时间收敛的滑模制导律,使制导系统的视线角速率快速收敛到零,并令弹道倾角收敛到期望的入射角度.通过非线性控制系统的有限时间稳定性理论对该制导律进行了分析,给出了制导系统有限收敛时间的数学形式,证明了制导系统的有限时间收敛性.最后通过仿真进一步验证了该制导方法的有效性和鲁棒性.     

考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束制导律

针对打击机动目标时带攻击角度约束的制导问题,采用扩张状态观测器和动态面控制方法设计一种考虑自动驾驶仪动态特性的制导律.考虑期望视线角的变化率正比于未知的目标加速度,采用扩张状态观测器对未知目标加速度进行估计.为了避免奇异问题,并克服非匹配不确定项对系统性能的影响,采用非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计.与传统的将目标加速度设为零的制导律相比较,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的制导性能.     

终端约束条件下末端制导律研究综述

现代战场环境的日益复杂化和激烈化,多约束条件下制导律的设计成为研究热点.本文首先介绍了末端制导律的研究背景和研究意义,概述了由于环境的复杂,目标的高机动性,及飞行器运动的非线性、强耦合性和多时变性性等因素带来制导律设计上的困难.然后对具有多终端约束条件下末端制导律的设计方法进行分类,将其分为单终端约束制导律和多终端约束制导律,并对具有终端角度、弹着时间、和终端速度的某一种或几种约束的制导律方法进行归纳总结.最后对下面4种末端制导律的发展趋势进行了展望:三维制导律、制导控制一体化、多飞行器协同制导和多模复合末制导.     

基于Bézier曲线的碰撞角约束多项式制导方法

研究了一种基于Bézier曲线的碰撞角约束的制导律.通过模型转化将制导指令设计的问题转化为二次Bézier曲线形式的航迹角设计问题.首先,利用Bézier曲线的性质设计了导弹速度大小不变的制导律;然后进一步对导弹速度时变的末端角度约束的制导律进行了研究,同时对导弹速度时变情形下的剩余飞行时间进行了估计;最后通过不同情况下的数值仿真,验证了所提出的制导律的有效性.     

Focusing one-stationary bistatic forward-looking synthetic aperture radar based on squint minimization and modified nonlinear chirp scaling algorithm

ABSTRACT

This article deals with the imaging problem of bistatic forward-looking synthetic aperture radar with a stationary transmitter (one-stationary BFSAR). In one-stationary BFSAR, due to the large forward-looking (or squint) angle, it causes more serious range cell migration and two-dimensional spatial variation. To solve this problem, an imaging algorithm based on squint minimization and modified nonlinear chirp scaling (NLCS) method is proposed. The squint minimization method can decrease the coupling between range and azimuth and correct the linear range cell migration. The modified NLCS can eliminate the variation of azimuth reference function more accurately than traditional NLCS algorithm, which improves the focus quality of marginal targets. Finally, simulation results confirm the efficiency of our proposed algorithm.     

考虑攻击角度和视场角约束的自适应终端滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的末制导问题,基于有限时间滑模控制理论设计一种带有攻击角度和导弹视场角约束的制导律.首先,将导弹末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题,设计一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数,给出一种终端滑模制导律的设计方法,并针对目标机动的不确定性设计一种对目标机动上界的自适应估计;然后,通过稳定性理论证明制导系统的状态变量最终是有限时间收敛的,并且结合时变的障碍Lyapunov函数和滑模面的设计特性证明在末制导过程中视场角约束条件始终不会被违背,相比于现有的考虑视场角约束的制导律,该制导律不存在指令转换,能够加快制导系统收敛速率,增强制导系统的抗干扰能力;最后,通过仿真实验验证所提出制导方法的有效性.