时变最优的增强型比例导引及其脱靶量解析研究

以time-to-go为基础建立时变的目标罚函数,根据最优控制理论,推导了对常值机动目标时变最优的增强型比例导引律;对权函数指数的分析结果表明,增强型比例导引有效导航比与权函数的指数一一对应。对增强型比例导引有效导航比的工程取值范围给出了合理的理论解释。将制导动力学简化为一阶滞后,并将导引头初始瞄准误差、目标常值机动引入到制导系统中,根据伴随法的数学思想,研究了增强型比例导引制导系统在初始瞄准误差、目标常值机动作用下的脱靶量解析解,最后通过伴随系统的数学仿真对解析解的正确性进行了验证。     

基于目标机动补偿的增强型比例导引性能研究

红外或激光制导导弹拦截目标所需过载和脱靶量是衡量制导律性能的主要指标.为了研究针对目标机动补偿的增强型比例导引(APN)性能,使用伴随法和无量纲化方法来分析比较APN与比例导引(PN)的性能差异.仿真分析表明,制导系统动力学阶数对APN和PN的性能影响是相当的;APN放宽了对导弹的过载要求,当制导回路存在过载饱和限制时,APN能以小的有效导航比得到比PN小的脱靶量.     

目标机动对扩展弹道成型制导系统脱靶量影响分析

构造了基于剩余飞行时间指数函数的扩展目标罚函数,给出了对常值机动目标最优的扩展弹道成型制导律簇。利用无量纲化方法和伴随技术,研究了含有一阶动力学滞后的制导系统在目标常值机动、随机机动和终端落角约束作用下的无量纲位置和角度脱靶量随无量纲末导时间变化特性。采用直接法对伴随法仿真结果进行了验证。研究结果表明,当末导时间分别为制导系统动力学滞后时间常数的15倍、20倍左右时,落角约束和目标常值机动引起的位置和角度脱靶量均趋近于零;随着指数n的增大,导航系数也越大,无量纲位置和角度脱靶量振荡加剧,收敛时间也加长。目标随机机动引起的位置和角度脱靶量随着末导时间的增大维持在某个稳定的值,并不趋近于零,而且指数n越大,其脱靶量的稳定值也越大。     

拦截机动目标的模糊变结构导引律

为提高末制导段导弹制导系统对目标机动的鲁棒性, 基于变结构控制理论设计了一种模糊变结构末导引律。首先, 利用变结构控制理论推导了一种变结构末导引律; 其次, 为削弱变结构末导引律的抖振, 增强导引律鲁棒性能, 通过多次仿真计算, 找到目标不同机动情况下的理想导引律参数, 再基于模糊控制理论, 根据加速度的估计值调整变结构导引律参数; 最后, 将所设计的模糊变结构末导引律与传统变结构导引律、比例导引律进行仿真对比, 结果表明, 模糊变结构导引律对目标机动具有较强鲁棒性。     

全捷联导引头隔离度对制导稳定性的影响

针对采用全捷联导引头的末制导问题,分析了产生隔离度的主要原因,建立了包含寄生回路的比例导引系统模型,基于时变系统的Lyapunov 稳定性理论提出了制导系统的一致渐进稳定性,并利用无源性方法分析了制导系统的一致渐进稳定条件,研究了隔离度对比例导引制导稳定性的影响。结果表明,制导系统的一致渐进稳定条件比寄生回路更加严格,而不完全解耦后残余的隔离度具有不确定性,其正反馈更易导致比例导引系统提前失稳并造成较大脱靶量。     

角速度零位误差对比例导引制导精度的影响

主要研究了角速度零位误差对比例导引制导精度的影响,首先建立了比例导引制导回路的简化模型,并得到了简化模型的解析解.根据解析解定义了导弹无量纲位置误差和无量纲法向加速度,并分析了比例导引系数对以上两个无量纲量的影响.详细研究了更复杂的比例导引制导回路模型,给出了在比例导引制导回路各参数取不同值的情况下,导弹无量纲法向加速...     

捷联式光学导引头特性与多维度最优制导律

为实现捷联式光学成像导引头与制导系统一体化设计,建立了全捷联制导与控制系统,根据捷联导引头特性进行制导与控制原理研究。首先,建立了全捷联导引头与陀螺的数学模型;接着,针对捷联导引头无法精确提取视线角速率的问题,提出姿态驾驶仪与视线角积分比例导引相结合的控制与制导方案,并分析了导引头体视线角、刻度因数、导航比和系统稳定区域之间的关系;然后,推导了全捷联制导系统最优制导律以提高制导系统响应速度;最后,进行了控制与制导系统飞行仿真,仿真结果表明:捷联式制导与控制系统能对静止与运动目标（速度为60 km/h）进行有效攻击,最大射击误差分别为1.49 m与2.62 m;系统误差、陀螺零偏与零偏稳定性对制导系统精度影响较大。捷联导引头制导与控制系统能满足空对地系统对静止与低速运动目标的攻击要求。     

一种适用于红外制导弹药的变增益比例导引律

针对红外制导弹药在采用具有角度约束制导律时需要剩余飞行时间的问题,提出了一种不需要剩余飞行时间且可实现大落角攻击的变增益比例导引律。利用期望落角固定时中末段导航比与过载及目标视角约束的解析关系,建立导航比计算模型,解算出中、末段导航比及切换点位置;随后,对比研究了变增益比例导引律与弹道成型制导律的性能,并对其工程应用进行了分析研究。结果表明:变增益比例导引律在实现落角及位置约束的同时能满足视场角及过载约束,且相比于弹道成型制导律,其硬件资源需求更少。     

一种自适应双滑模制导律研究

根据导弹-目标追逃问题的相对运动学关系,基于反演思想设计了双滑模变结构导引律,运用自适应方法实现对制导系统参数不确定性和目标机动的估计,该导引律能够保证导弹在击中运动目标的同时满足期望落角;然后运用Lyapunov稳定性理论分析了该制导律进入平衡状态的充分条件.仿真结果表明了该设计方法的有效性.     

机载多点测向交叉定位的最优机动方向研究

针对快速运动的机载观测平台对海面舰艇进行无源定位的特定应用背景,研究了单机多点测向交叉定位问题。建立了伪线性最小二乘估计模型。通过对定位误差与目标几何分布关系的研究,分析了初始参考点选取问题。数学推导得到在目标距离和载机机动距离一定时,载机的最优机动方向的解析表达式。仿真结果表明,通过优化机动方向,减少了初始参考点的误差,提高了定位精度,增强了定位稳定性,有效改善了单机多点测向交叉定位系统的定位性能。     

扩展弹道成型制导系统脱靶量特性分析

通过将导弹剩余飞行时间的幂函数引入到目标函数中,实现了对经典弹道成型制导律的扩展。针对扩展弹道成型制导系统,将导引头和驾驶仪动力学简化成一阶形式,分别引入导引头角速度零位误差、角度零位误差、导引头角噪声以及目标闪烁噪声,利用无量纲化技术和伴随函数法,给出了制导系统无量纲位置脱靶量和角度脱靶量伴随模型。仿真结果表明,为了消除导引头角速度零位误差对脱靶量的影响,要求制导系统具有较长的末导时间和较大的指数n;当末导时间达到系统总滞后时间常数的15倍左右时,导引头角度零位误差引起的位置脱靶量收敛到零附近,角度脱靶量收敛到与角度零位误差大小相等、方向相反的稳态值;随着末导时间的增大,导引头角噪声及目标闪烁噪声引起的位置和角度脱靶量均趋向于不为零的稳态值,指数n越大,脱靶量越大。最后分析指出,制导动力学越慢,角噪声引起的脱靶量稳态值越大;滤波器频带越宽,闪烁噪声引起的脱靶量越大。     

基于桶滚机动和诱饵投射的红外空空导弹对抗策略研究

机动规避和投射诱饵是战斗机对抗红外空对空导弹的有效措施.本文主要从桶滚机动和无动力型点源诱饵两方面进行了对抗策略研究.为了使研究更具实用性,在考虑桶滚机动所需条件和诱饵弹受力的前提下,阐述了诱饵弹的运动特性、干扰过程和对导弹制导系统的影响机理.为使研究更具适用性,本文假设空对空导弹采用真比例导引律或增广比例导引律,并且...     

全捷联导引头隔离度指标工程计算方法

为计算工程化的隔离度幅值指标,建立了引入末制导回路的隔离度寄生回路模型,得出了基于不同末制导剩余时间下的隔离度临界幅值。针对6种常用误差模型下隔离度正反馈幅值的影响,提出了一种引入制导回路的末制导剩余时间值的计算方法。将目标常值机动、初始速度矢量角误差、目标随机机动、目标角闪烁噪声、褪色噪声以及接收机噪声分为3类,得出了关于相对速度比、隔离度幅值与无量纲脱靶量的变化曲线,利用脱靶量取值时间、裕度限制、脱靶量变化趋势以及实际脱靶量等方法综合判断隔离度幅值指标,并根据该指标估算出在映射隔离度指标时,需要引入制导回路的末制导剩余时间值,为工程应用提供了参考。     

无动力学滞后的广义最优制导律解析研究

通过建立相对于终端弹目连线的导弹运动方程,将time-to-go 的负n 次幂函数引入到目标函数中,推导得到不考虑制导动力学的扩展比例导引和扩展的带落角约束的最优制导律。提出了广义最优制导律的概念,阐述了其在两种不同坐标系下的表现形式和意义。针对终端弹目连线坐标系下的广义最优制导律,利用幂级数解法对闭环弹道微分方程进行了解析求解,得到了导弹相对终端弹目连线的位置、速度和加速度指令的解析表达式,并利用仿真的方法对解析结果进行了验证。     

点源红外诱饵干扰下环境复杂度量化建模

为了测定红外空空导弹自身抗干扰性能,需要对红外对抗环境进行定量评估。但是目前多数模型都是从终端脱靶量分析导弹抗干扰性能,无法反映导弹在被干扰过程中各模块的响应情况。为此,基于干扰过程中导弹导引头系统和制导控制系统角度提出了红外对抗环境量化建模方法。首先从场景构成和物理特性方面构建了红外对抗要素模型;其次,分析了对抗要素对导引头图像识别及制导控制系统的干扰影响,抽象出相似度、遮蔽度、干扰时机、目标机动以及进入角影响度指标;最后,运用并联关系模型、几何均值合成模型及加权求和模型综合上述指标,建立了总体环境复杂度量化模型。仿真结果表明:典型对抗场景下,该模型预测导弹命中率的误差在±6%区间的概率为95%。     

采用捷联激光探测器的制导火箭比例导引实现方法

围绕制式火箭弹精确制导改造的需求,提出了一种采用捷联激光探测器和比例导引的火箭弹制导控制方案。针对捷联探测器只能测量弹轴相对于目标的偏差角而无法提供比例导引所需的惯性视线角速度信号的难题,研究了基于捷联探测器测量的误差角和弹体姿态角速度信号的弹目视线角速度信号提取算法。在制导控制系统内部,基于自动驾驶仪与制导律相匹配的原则,设计了两回路过载自动驾驶仪。无量纲脱靶量分析与攻击静止目标的弹道仿真结果验证了所提方案的可行性。     

激光制导武器半实物仿真的误差分析与校正

根据激光半主动制导武器的特点建立了该类武器制导与控制系统半实物仿真模型。通过分析误差对半实物仿真的影响,指出几何误差的影响较大,并建立了误差数学模型。通过数学仿真,在脱靶量的允许范围内给出了最大允许角误差。为消除误差,设计了导引头闭环跟踪半实物仿真实验。利用仿真结果建立了误差参数超定非线性方程组,并使用牛顿迭代法和加权最小二乘法的组合算法来解算。此项研究工作有效地提高了仿真精度,同时也提高了基于该类平台半实物仿真实验的置信度。     

高精度惯导速度信息辅助的导引头量测误差抑制方法

 针对利用惯导信息抑制末制导导引头量测随机误差的问题,提出了一种高精度惯导速度信息辅助的扩展卡尔曼滤波方法.利用高精度惯导速度信息描述导弹自身运动,采用一阶马尔科夫过程描述目标机动,构建基于弹目信息状态变量系统的弹目相对运动模型,通过扩展卡尔曼滤波方法实现对导引头测量随机误差的抑制.新方法实现了惯导信息、导引头量测信息的融合,克服了已有滤波方法运动模型建模时需考虑导弹制导控制因素的难点.仿真实验结果验证了该方法在导弹末制导过程中的有效性.