大气层内拦截机动目标的变结构末制导律设计

针对大气层内的机动战术弹道导弹拦截,提出了一种具有强鲁棒性的变结构末制导律。首先,在纵向平面内建立了导弹与目标相对运动的非线性模型;然后根据预测导引的原理推导了制导方程,并选取制导误差作为滑动模态,将目标机动量视为扰动量,设计一种能够拦截螺旋机动目标的变结构末制导律,并通过Lyapunov稳定性定理确定变结构制导参数的范围。最后,通过与比例导引律进行仿真比较,结果表明该制导律对螺旋机动弹道目标具有较强的鲁棒性,且制导精度较高,验证了制导律的正确性和有效性。     

基于零控脱靶量的滑模变结构末制导律设计

针对机动目标, 采用滑模变结构方法, 设计了一种基于零控脱靶量的末制导律。首先, 根据弹目运动方程建立了系统模型; 其次, 选取零控脱靶量作为滑模切换面, 利用指数趋近律和模糊控制法推导了俯仰通道的末制导律; 最后, 对蛇形机动目标进行了弹道仿真, 验证了所设计制导律的可行性和有效性。另外, 仿真结果还表明, 在解决滑模制导律中的颤振问题、缩短剩余飞行时间等方面, 加入模糊控制环节的方法比用饱和函数代替符号函数的方法更加行之有效, 具有更强的鲁棒性。     

一种变结构垂直俯冲攻击制导律

针对空地导弹垂直俯冲攻击的要求,建立导弹-目标运动模型,设计了一种对脱靶量和终端攻击角度约束的变结构制导律.运用自适应滑模趋近律,将目标机动视为干扰,并采用准滑动模态控制削弱了抖振的影响.所得制导律形式简单、实用,且克服了被动寻的导弹不能测量弹-目相对距离变化率的约束.分析了4个制导参数对制导效果的影响,为制导参数的选...     

基于状态观测器的变结构末制导律设计

本文针对仅有相对距离和视线角可测的导弹,设计了一种基于状态估计的变结构末制导律.将非线性项和目标机动视为新的状态变量实现对原相对运动方程进行的扩张,设计扩张状态观测器实现对不可测的相对距离变化率和视线角变化率的估计.基于扩张观测器的估计值,利用变结构控制理论设计了保证切向速度趋向于零的末制导律,从而实现导弹直接命中目标,并从理论上对制导回路的稳定性进行了证明.最后进行了数学仿真,仿真结果表明在设计的制导律脱靶量较小,验证了扩张观测器和制导律的可行性.     

一种具有速度交汇角约束的最优导引律

为了增强拦截弹对目标的精确打击效果,在末制导段控制拦截弹和目标的速度交汇角是一种有效的措施。提出了一种具有速度交汇角约束的拦截弹最优导引律,能够同时对脱靶量和速度交汇角进行控制。与现有的具有角度约束的导引律不同,所提出的导引律适用于拦截高速机动目标,而且在满足厘米级脱靶量的情况下,拦截弹在交汇点处不需要过大的横向加速度指令。仿真结果证明了这种导引律的有效性。     

基于遗传退火算法的变论域三维模糊导引律

给出了导弹、目标追逃运动的空间矢量方程，并针对传统比例导引律在拦截点附近需要较大过载，及难以适应大机动目标的高性能制导要求的缺陷，提出了一种变论域模糊三维导引律，将目标与导弹的接近速度以及目标的视线角速度作为模糊控制器的输入，指令加速度作为输出，并在传统的模糊逻辑控制基础上引入了一个非线性变论域函数，从而实现了模糊变量论域的动态改变，然后用遗传算法对导引规则进行了优化，最后，针对遗传算法“早熟”及收敛速度慢等缺点，用模拟退火算法对遗传算法进行了改进。仿真结果证明该方法的脱靶量小，拦截点附近需用过载小．是一种较为优越的导引方法。     

适用于攻击机动目标的制导律实现与仿真

为了使导弹在较短的末制导时间内获得很小的脱靶量,同时对机动过载的需求满足导弹实际过载能力,研究了适用于攻击蛇形机动目标的最优制导律和蛇形机动补偿制导律,并分析了具体实现方法,设计目标状态估计器,建立导引回路数学模型.仿真验证了测量越精确,可知信息越多,估计性能就越好;最后研究了导弹过载限制、测量误差、目标状态估计精度及制导律的选择等因素对制导精度的影响.     

基于GA的带终端约束的变结构末制导律设计

巡航导弹对目标的杀伤力,除了精度要求(零脱靶量)外,还在于它的落角,尤其是打击纵深的目标时,垂直入射的价值很高.针对巡航导弹落角限制的要求,分别对纵向和侧向两个通道设计出了限制落角的变结构末制导律,可以使导弹在期望的方位以期望的落角打击目标.针对两通道的耦合造成的参数敏感性,采用遗传算法对变结构参数进行了优化,并将其与带终端约束的三维比例导引律进行了比较.仿真结果证明了该制导律在落角和精度方面的优势与有效性.     

基于观测器的滑模制导律

为考虑拦截导弹控制回路动态,所设计的滑模制导律在实际应用中往往涉及到不可量测的反馈状态变量和不确定性的内部参数等问题。采用自适应控制和观测方法,给出了一种基于观测器的自适应滑模制导律,观测器主要用于实现对系统状态,如视线角速度的高阶导数和有界不确定项,如相对运动速度的高阶导数等的在线估计,从而满足实际情形下的可执行性要求。制导律推导中考虑到了拦截导弹具有一阶机动动态的情形,且该方法也可以推广到具有高阶机动动态下的设计。非线性系统仿真表明,相比于传统的比例导引和滑模制导律,该制导律在足够的机动性能下,不仅可以实现对机动目标的碰撞拦截,且具有较强的机动性能和拦截性能优势,同时仿真结果也表明了所设计的观测器的有效性。     

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.     

三维非线性鲁棒制导律

建立了球坐标系下的三维导弹与目标相对运动模型,基于Lyapunov方法和输入状态稳定性(ISS)分析,设计了非线性三维鲁棒制导律,不需要估计目标加速度,实现了对机动目标的扰动抑制跟踪,并且比传统的比例制导律在拦截时间及鲁棒性方面具有优势。仿真结果表明,对于目标作复杂的大机动逃逸运动,仍然能够取得较好的跟踪性能和鲁棒性。     

面向制导律设计的目标信息估计方法研究

针对制导律对目标信息的需求问题,利用超球体单形sigma采样平方根UKF滤波方法估计出弹目相对运动信息,提高了制导精度。首先基于变结构控制方法设计了滑模制导律,其次,针对制导信息的需求,建立了超球体单形sigma采样平方根UKF滤波系统,该滤波方法在处理弹目非线性关系时,采用对非线性函数的概率分布进行近似而不是对非线性函数进行近似,在估计弹目状态信息时比扩展卡尔曼滤波更加精确,并且保证了数值的稳定性。最后通过数学仿真,不仅验证了该滤波算法的有效性,而且提高了对大机动目标的制导精度。     

目标丢失对末制导炮弹末导段弹道特性影响

针对末制导炮弹受光电干扰及天气等因素影响,在末导段出现丢失目标以及丢失后重新捕获目标等情况,依据小扰动原理建立了比例导引模式下末制导炮弹控制模型,获取末制导炮弹的脱靶量、法向过载等与目标丢失时机以及丢失时间长短的解析关系,对目标机动特性不同情况下失去目标及重新捕获目标后的弹道特性进行了仿真,对比分析了目标静止及机动情况下仿真结果中各种指标变化的异同及原因。仿真结果表明,末导段目标丢失会对末制导炮弹弹道特性造成显著影响,尤其是在目标采取机动的情况下。     

捷联末制导系统的控制与滤波模型研究

以半捷联寻的制导武器为对象,研究了捷联末制导系统中的捷联控制算法和制导信息滤波模型。首先分析了捷联末制导系统的工作原理,给出了捷联天线稳定平台的跟踪控制算法,然后针对捷联控制算法对目标视线角信息的需求,考虑仅有角度测量的被动制导情况,提出了一种基于M arkov随机模型的机动目标跟踪模型,通过推广Kalm an滤波技术可以获得目标视线角的估计。因为捷联末制导系统无法直接测量目标视线角速度,为了满足弹上比例导引的需要,提出了一个末制导系统角跟踪通道的数学模型,该模型可以采用常规的Kalm an滤波算法获得目标视线角速度的估计值。最后,通过一系列数学仿真验证了上述方法的有效性。     

基于EKF的MMW/IR空中机动目标融合跟踪仿真

针对毫米波雷达/红外传感器(MMW/IR)复合制导空中机动目标融合跟踪问题,分别在集中式、分布式结构基础之上研究了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的集中式、分布式融合算法,并提出了评估算法性能的指标.通过仿真,比较分析了两种融合方式下空中机动目标状态的估计误差,对所提出的算法的跟踪性能进行了验证,为MMW/IR复合制导空中...     

红外制导弹药协同定位跟踪方法研究

针对红外制导导弹无法直接测量弹目距离、视线角速度及目标加速度等制导信息,且单枚导弹的可观测量少,目标定位误差大的问题,考虑红外导引头的测量特性,利用多枚导弹与目标的几何关系对目标进行协同定位。建立多枚导弹对目标的协同跟踪模型,通过计算导弹间相对运动关系估算弹目距离,并将其作为伪量测量,结合导引头测角信息构建新的量测方程,利用卡尔曼滤波估计出弹目距离和视线角速度等制导信息。针对机动目标,研究了一种基于交互式多模型滤波方法,利用多个目标机动模型加权融合的方法来估计真实目标机动模型。数学仿真表明该方法有效提高了对固定/机动目标的估计精度。     

BTT导弹增广比例导引律研究

比例导引规律相比于直接追踪法,跟踪精度有所提高,但是在目标机动性加大的情况下,传统比例导引规律制导精度仍不理想.因此,给出了三维空间导弹-目标追逃运动的空间矢量方程,建立了三维空间导弹-目标追逃运动模型,并基于李雅普诺夫稳定性理论,设计增广比例导引律(APNG).即在比例制导规律基础上,引入目标加速度补偿项来克服目标加速度对制导精度的影响.将该方法运用于机动目标的跟踪,仿真结果表明了增广比例导引律相比于传统比例导引律,制导精度高,脱靶量低,制导飞行时间短,制导性能有极大的提高.