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.     

基于协同防御的水下拦截组合制导

根据我方舰艇、水下拦截器和来袭目标的作战特性,提出一种舰艇与水下拦截器协同对抗来袭目标的组合制导策略。该策略在三方运动关系基础上,得出视线制导的相互约束关系,将优化控制与海战博弈相结合,建立协同防御微分对策模型;根据水下拦截器的反馈控制回路,采用伴随原理求解终端问题的方法,进行具有协同特性的最优导引与微分对策制导律设计。对两种拦截制导效果进行性能比较,表明基于协同防御的最优导引与微分对策制导组合制导控制系统对水下拦截器的机动性能要求低,能有效完成拦截,具有较强的鲁棒性。     

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.     

变速导弹有界控制非线性微分对策制导律

传统制导律多基于常速运动假设,与实际情形并不一致,往往无法提供满意的性能．对此,基于微分对策理论,提出一种适用于变速拦截情形的有界控制非线性制导律．将对策双方的速度变化直接考虑到非线性相对运动关系中,并通过适当选取的状态变量进行线性化,从而设计制导律,同时考虑可执行性,并将其转化为原系统非线性状态变量的表达形式．仿真结果表明,该制导律可实现目标的有效拦截,对拦截导弹机动性能要求不高且便于执行．     

机动目标拦截器的信息模式分析

采用追逃微分对策理论描述大机动目标拦截问题,从分析拦截器的信息模式入手来研究微分对策解的结构形式. 在给出追逃微分对策问题信息模式相关概念的规范化描述后,结合典型场景分析了拦截器的信息模式,表明大机动条件下拦截器的信息模式为无共享模式;随后证明了当目标机动满足"模式可检测性"条件时无共享模式等价于控制量延迟共享模式;最后给出了控制量延迟共享模式下微分对策解的结构, 并证明了最优解条件下微分对策值与信息模式延迟间的单调性定理,为提高机动目标拦截性能指明了研究方向.     

拦截导弹自适应滑模制导律

针对平面拦截问题,提出了一种具有强鲁棒性的自适应滑模制导律。首先从一般意义上进行自适应控制律的推导,并给出了稳定性证明。该控制律可适用于系统存在有界外部干扰和结构摄动的情形。将拦截导弹的控制系统动态考虑到制导律的设计当中,进行了弹目相对运动关系的建模。该模型可适用于所推导的一般控制律结果,满足相应的非奇异条件。针对所推导的自适应滑模制导律,并进了数字仿真和分析。结果表明该制导律具有优良的弹道特性,可实现对连续高机动目标的有效拦截,同时具有较低的机动性能要求。     

考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律

针对机动目标拦截末制导问题,提出一种考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律.首先给出一种有限时间收敛的非线性积分滑模面,采用快速终端滑模设计趋近律;然后设计一种对目标机动加速度上界平方进行估计的自适应律,给出具有光滑特性的自适应积分滑模制导律;最后基于有限时间理论证明闭环系统的有限时间收敛特性,并给出滑模变量、视线角以及视线角速率的收敛域.数值仿真结果验证了所提出设计方案的有效性.     

一种基于许瓦兹不等式的最优末制导律设计

针对导弹和目标相对运动学关系,利用许瓦兹不等式,提出了一种新的基于制导品质最优的末制导律。在导弹和目标的三维相对运动关系的基础上,忽略三维制导平面的耦合因素,同时考虑二阶的弹体响应环节,建立了导弹制导系统的数学模型。基于在有限时间内零化弹目相对距离和零化弹目视线角速率,以及导弹机动能量最小的优化制导品质的思想,利用许瓦兹不等式推导出一种用解析形式表示的最优末制导律。这种最优制导律通过估算剩余时间,实现对目标的有效拦截。最后通过数字仿真,验证了在脱靶量、弹目视线角速率和机动能量的制导品质方面,所提出的最优制导律要优于一般的比例制导律。     

攻击大机动目标的变结构末制导律设计

研究优化末制导的性能问题,针对导弹动态系统的非线性关系,通过分析导弹和目标的相对运动系统状态方程的可观性,为了攻击大机动目标,提出修正极坐标系,根据非线性系统鲁棒控制理论和滑模变结构理论来设计导弹的末制导律,实现对目标机动加速度的界进行在线估计,同时保证系统稳定.把制导律应用于导弹系统并进行仿真,结果表明,导弹和目标的视线角速度趋于零,从而保证目标拦截成功.证明导弹制导算法对大机动目标有较强的鲁棒性,制导律应用于导弹攻击大机动目标是有效的.     

一种新型自适应RBF神经网络滑模制导律

针对导弹拦截问题,提出一种自适应RBF神经网络滑模制导律．首先根据准平行接近原理和变结构控制理论设计滑模面,然后将滑模面作为RBF神经网络的输入变量,输出量即为导弹的加速度．为了使得导弹系统能够到达滑模面,采用自适应算法实时在线调整RBF神经网络的连接权值．该导引律将目标机动视为干扰量,在拦截过程中不需要测量目标加速度,因此该导引律对目标机动具有较强的鲁棒性．在执行上,只用到了视线角速率,因而实现简单．仿真结果表明,所提出的导引律和比例导引相比在脱靶量、拦截时间等方面有了很大的提高．     

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.     

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.     

考虑自动驾驶仪动态特性的三维双环制导律

针对导弹自动驾驶仪动态特性条件下的机动目标拦截问题,基于非线性干扰观测器和命令滤波器设计一种新的三维双环制导律.将制导系统解耦为外环系统和内环系统.其中:外环控制器产生虚拟制导指令,以零化球坐标系下的弹目法向相对速率;内环控制器产生真实制导指令,以实现导弹自动驾驶仪对外环虚拟指令的快速跟踪.由于外环命令滤波器同时计算出虚拟制导指令的一阶导数和二阶导数,三阶系统的制导律设计问题仅用两步即可完成.拦截高速高机动目标的仿真结果表明,所设计的制导律能够有效补偿导弹自动驾驶仪动态特性影响,抗目标机动鲁棒性强,制导精度优良.     

Smooth second-order sliding modes: Missile guidance application

A new smooth second-order sliding mode control is proposed and proved using homogeneity-based technique for a system driven by sufficiently smooth uncertain disturbances. The main target application of this technique—the missile-interceptor guidance system against targets performing evasive maneuvers is considered. The smooth second-order sliding mode control-based guidance law is designed and compared with augmented proportional navigation guidance law via computer simulations of a guided missile intercepting a maneuvering ballistic target.     

考虑探测效能的空空导弹分布式协同中制导律

本文以多枚空空导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,提出了一种以协同探测为终端约束的分布式协同中制导律.通过对误差源和误差传递链路进行分析,建立了中末交班概率计算模型,基于虚拟导引点研究了协同视场拼接方法.在视线法向,针对位置协同和角度协同等约束条件,设计了基于高斯伪谱法的最优制导律.在视线方向,基于二阶多智能体一致性理论,设计了分布式时间协同制导律,构造李雅普诺夫泛函证明了该方法可使系统在有限时间达到稳定,并推导出了一致性时间上界.仿真结果表明该制导律可使多弹以各自期望的视线角同时到达指定交班区域,实现视场拼接、协同探测的需求,有效提高了中末交班概率.     

Distributed observer-based fixed-time cooperative guidance law against maneuvering target

This paper presents a fixed-time cooperative guidance law for leader-following missiles, comprising one leader missile with the target seeker and several seeker-less follower missiles. The aim is to achieve a simultaneous attack on a maneuvering target at desired impact angles. First, a guidance law with impact angle control for the leader missile against a maneuvering target is proposed based on nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) control algorithm. Then, the design of cooperative guidance law for the follower missiles is composed of two parts: along the follower-to-leader line of sight (LOS) direction, the guidance command derived from bi-homogeneous property is designed to ensure that the follower-leader ranges keep proportional consensus with the range-to-go of the leader missile, thus avoiding the estimation of time-to-go ( $$); in the normal follower-to-leader LOS direction, considering the relative impact angle constraints which is determined by the leader LOS angle, the guidance command is proposed based on predefined-time sliding mode control method. What's more, a distributed fixed-time observer is designed for the follower missiles to compensate for unobtainable leader missile information. The fixed-time stability of the proposed methods is demonstrated using the Lyapunov theory and bi-homogeneous property. Finally, simulation results confirm the effectiveness and superiority of the proposed fixed-time cooperative guidance law with leader-following strategy.     

Adaptive nonsingular fast terminal sliding mode guidance law with impact angle constraints

This paper considers the terminal guidance problem of missiles intercepting maneuvering targets with impact angle constraints. Based on an advanced nonsingular fast terminal sliding mode control scheme and adaptive control, an adaptive nonsingular fast terminal sliding mode guidance law is proposed in the presence of the target acceleration as an unknown bounded external disturbance. In the design procedure, an adaptive law is presented to estimate the unknown upper bound of the external disturbance. Theoretical analysis shows that the proposed guidance law can guarantee the finite-time convergence in both the reaching phase and the sliding phase by applying a Lyapunov-based approach. Numerical simulations are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed guidance law. Although the proposed guidance law is developed for the constant speed missiles, by the extensive numerical simulations with a realistic missile model, the performance is shown to be equally good for the varying speed missiles.     

A three-dimensional robust nonlinear terminal guidance law with ISS finite-time convergence

This paper presents a novel three-dimensional nonlinear terminal guidance law with finite-time convergence for intercepting manoeuvring targets. Different from the usual method of decoupling the missile-target relative motion into two-dimensional planes, this law is designed via using the coupled dynamics. The guidance law is derived based on the theory of finite-time input-to-state stability (ISS), which needs no assumption of the linearisation and the estimation of target accelerations. Under this law, the line-of-sight angular rates can be stabilised to a small domain of convergence around zero in finite time. The convergence rate and convergence domain can be adjusted by changing the guidance parameters. First, a sufficient condition on finite-time ISS of the guidance system is given, and is subsequently used to design the guidance law. Finally, simulation results are provided to show that the proposed guidance law possesses fast convergence rate and strong robustness to target manoeuvres.     

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.