多约束条件下导弹协同作战制导律

为了提高多枚导弹在多约束情况下的协同作战能力,在纯比例导引律的基础上,添加了与攻击角度、攻击时间约束相关的偏置量,形成了同时具有攻击角度和攻击时间约束的四维制导律.综合考虑导弹系统的动态特性、导弹自身的过载约束以及弹道的收敛性约束,采用自动控制原理和变系数比例导引律理论,对制导律的参数进行了设计,给出了取值方法.仿真结果表明:所设计的制导律能够使多枚导弹在满足过载约束的前提下,弹道前段弯曲末段收敛;实际攻击角与理想攻击角之差小于2°,实际攻击时间与理想攻击时间之差小于1s,可有效实现对目标的协同攻击.     

考虑速度时变的多约束攻击时间控制制导律

针对常规制导弹药的协同饱和攻击问题,提出了一种速度不可控情况下的考虑视场角约束的攻击时间控制制导律。根据制导弹药的简化动力学模型,通过数值方法求解满足比例导引弹道轨迹的速度常微分方程,得到时变速度下的剩余飞行时间估计。同时,在比例导引制导律的基础上,利用终端滑模控制技术设计了时变速度情况下考虑视场角约束的时间控制制导律,以保证导弹能够在满足视场角约束的条件下以期望的攻击时间命中目标。仿真结果表明,所提出的制导律在时变速度场景下能满足视场角约束,并且实现较高的时间控制精度和命中精度。     

图像制导导弹落角约束的制导律设计

针对某些图像制导导弹限制终端攻击角的作战要求,提出一种落角约束最优导引律。该导引律形式简单,易于工程实现。仿真结果证明,能满足脱靶量小的要求,对于某些机动的目标,该制导律都能够以期望的终端攻击角度命中目标,对于目标的机动具有较好的鲁棒性。     

系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。     

一种同时具有攻击时间和攻击角度约束的协同制导律

为了实现多枚导弹从不同的方向对目标进行饱和攻击,建立了导弹和目标的非线性运动模型,并对模型进行归一化; 设定理想攻击时间和攻击角度,利用具有攻击时间约束的制导律得到初始猜测控制量,采用模型预测静态规划方法对控制量进行迭代更新直至满足脱靶量和角度约束条件,从而得到能够同时满足攻击时间和攻击角度约束的次优协同制导律。仿真验证结果表明:在合理给定理想攻击时间和攻击角度的前提下,本协同制导律具有良好的性能和较强的鲁棒性,且计算效率高,具有在线优化的潜力。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

带有不同视场约束的多导弹分布式协同制导

针对带有不同视场约束的多导弹,提出一种分布式协同制导策略。各导弹以固定周期与网络中的邻居导弹节点交互剩余距离信息,生成一致性误差。根据导弹视场范围和前置角,采用饱和函数将一致性误差生成协同一致律,以确保相关变量实现状态一致。当导弹相关变量状态一致且接近目标后,各导弹断开通信连接,独立导引至目标。依据反馈线性化、图论和矩阵理论,给出协同制导律成立的充分条件。与传统多导弹协同制导研究相比,所提协同制导律能满足导弹各自不同的视场约束要求,且通信负担较小。仿真结果表明,多导弹协同制导实现了对目标的齐射攻击,飞行过程中各导弹能始终锁定目标。     

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。     

多高超声速导弹协同末制导律及可行初始位置域研究

针对多高超声速导弹以指定落角对目标进行饱和攻击的问题,提出一种具有攻击角度和攻击时间约束的末制导律,并基于此对导弹的末制导可行初始位置域进行研究。建立三维空间导弹运动模型,分别通过纵向通道和侧向通道制导指令实现落角和攻击时间控制,构成三维协同末制导律。考虑导弹过载和末速约束,采用上述制导律,以导弹末制导初始位置的坐标为设计变量,以实际攻击时间与理想攻击时间差为性能指标函数,建立并求解优化模型,得到导弹一维及二维可行末制导初始位置域。仿真结果表明:该三维协同制导律可使多导弹在同一指定时间以指定落角命中目标; 该位置域求解方法可求得给定约束条件下的各导弹末制导可行位置域。     

一种实现垂直攻击的导弹末制导律研究

为了使导弹的战斗部能够发挥最大的效能或使导弹能够实现对特殊目标的打击，研究了一种纵向制导律．此制导律能够对落角进行约束，从而使导弹实现对目标的垂直攻击．对传统比例制导律进行了改进，在充分发挥导弹机动能力的条件下，设计了一种既能够击中目标，又能够满足对落角要求的轨迹预测比例制导律，最后通过仿真，验证了此制导律在对目标实现垂直攻击中的可行性．     

自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律

针对打击机动目标带攻击角度约束的末制导问题,提出了一种带攻击角度约束的制导律。基于弹目相对运动模型,将攻击角度约束问题转化为终端视线角约束问题。设计了一种新型非奇异快速终端滑模面,结合改进的超螺旋算法,提出了一种自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律。该制导律能够使弹目视线角及其角速率有限时间收敛,并设计了参数自适应律有效补偿未知扰动。通过仿真实验,验证了所提制导律能以期望攻击角度精确命中目标,且与现有制导律相比,收敛速度更快,制导精度更高,能量消耗更少。     

带末端角度约束的离散滑模制导律设计

为了提高导弹的命中精度,基于平面内弹目运动方程的离散形式,设计了一种带有角度约束的离散滑模制导律;基于李雅普诺夫理论分析了滑模制导的稳定性与可达性条件;然后将该制导律与带有角度约束的离散比例制导律进行比较,结果表明,设计的制导律更满足角度约束条件且具有更小的脱靶量,最后采用蒙特卡洛仿真验证了该制导律的普遍适用性。     

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。     

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。     

带末端攻击角度约束的三维最优导引律研究

针对导弹对目标实施大角度攻击的作战需求,运用飞行力学和最优控制理论,设计了带终端攻击角度约束的三维空间最优导引律.在设计过程中,将三维空间分成纵向和航向两个导引平面,分别设计两个平面的最优导引律,并在纵向平面上考虑攻击角度约束,使得导弹在命中点的弹道倾角满足约束条件.最后分别针对静止目标和慢速运动目标进行了仿真研究.     

考虑探测效能的有限时间协同制导方法

针对多飞行器协同拦截机动目标问题,基于有限时间控制理论设计了一种考虑探测几何构形的协同制导方法。假设飞行器具有1阶动力学特性,根据质点相对运动方程和协同探测原理建立了考虑探测几何构形的协同拦截模型。基于微分不等式理论给出系统状态有限时间有界和输入输出有限时间稳定的充分条件,并在此基础上设计了有限时间协同制导方法。该方法用度量矩阵刻画系统状态和输出动态品质,能够同时保证制导系统状态和输出在有限时间内有界和稳定。仿真结果表明：在目标进行不同程度机动情况下,所提制导方法均能够保证视线分离角收敛到预置角度、视线角速率收敛到0 rad/s且加速度不超过最大物理限制;与比例导引与最优制导方法相比,有限时间协同制导方法在探测和制导环节均具有较大优势。     

带终端攻击角度约束的模糊滑模制导律研究

为了提高导弹的作战效能,取得最佳毁伤效果,除了要保证打击精度,也需要根据目标特性确定合适的攻击角度。针对超声速反舰导弹末段对目标实施大角度俯冲攻击的特点,建立了弹目相对运动数学模型,通过分析与推导,将多约束导引问题转化为控制问题,并应用模糊滑模变结构理论设计了纵向通道导引律。在目标静止和目标机动两种情况下开展了质点弹道仿真,仿真结果满足末段脱靶量和落地倾角要求,证明了该导引律的正确性和可行性。     

基于遗传算法的空地一体化攻击模糊比例导引律

针对空空导弹具有攻击空中目标和地面目标双任务的发展趋势,为满足导弹空地一体化综合作战模式需要,设计了一种适应双任务空空导弹作战需要的攻击导引律。在三维比例导引律的基础上,根据导弹和目标状态信息,利用遗传算法求解最优模糊控制规则;利用模糊控制来控制导引律在空间三轴的比例系数分量,从而建立了一种适应空地一体化攻击模式的导引律;通过仿真实验对空地一体化攻击导引律和传统三维比例导引律进行了对比。仿真结果表明：所设计的导引律能兼顾双任务攻击方式,且在对地面目标打击时具有更大的命中落角,更加适应空地一体化攻击作战模式。