多导弹攻击高机动目标的分布式协同制导关键技术

针对多枚导弹协同攻击高速机动目标的情形,将攻击时间和攻击位置的一致性作为需要实现的协同目标,通过多导弹之间的分布式信息交互和协同制导与控制,实现多导弹之间的协同攻击。针对这一技术,本文从几个不同的侧重点提出了需要解决的关键科学问题,并考虑从飞行制导方法、飞行控制制导一体化方法、多智能体一致性方法、微分博弈相结合的途径提出了可能的解决思路。     

一种导弹末制导自适应控制方法

文中根据导弹响应快和精度高的基本要求,在导弹变向跟踪接近目标时,对导弹制导控制过程中的控制方法进行研究和数学推导,提出了一种导弹末制导的自适应控制方法,该方法提高了导弹马赫数和质量在较大范围（35%）内变化时系统的响应精度和稳定性。将该方法应用于导弹跟踪飞行控制,通过计算机仿真,结果比较满意。     

基于强化学习的多发导弹协同攻击智能制导律

为实现多发导弹对目标的协同攻击,提升打击效能,提出一种基于深度确定性策略梯度下降神经网络的强化学习协同制导律。修正了基于线性交战动力学的剩余飞行时间估计方程,不再受小角度假设的约束,进而提高剩余飞行时间估计精度。以各弹的剩余飞行时间误差为协调变量,与各弹的剩余飞行距离一同作为强化学习算法的观测量。利用脱靶量和剩余飞行时间误差构造奖励函数,离线训练生成强化学习智能体。闭环制导过程中,强化学习智能体将实时生成可实现同时打击的制导指令。仿真结果表明：该强化学习制导律能够实现多发导弹对目标的同时攻击;与传统协同制导律相比,强化学习协同制导律的脱靶量较小,攻击时间误差也较小。     

激光干扰红外成像制导导弹的仿真系统

为解决激光对红外成像制导导弹干扰特性的问题,对其制导导弹的仿真系统进行分析。根据目标在红外 探测器上成像的原理,采用形心跟踪法对目标进行信息提取与跟踪,应用 Simulink 分别构建目标成像模型、制导信 息提取模型、导弹飞行模型和激光干扰模型,通过建立导弹正常飞行弹道和在激光干扰后的干扰弹道,对影响激光 器的干扰因素进行仿真分析。仿真结果表明,该分析可对重要目标的防护工程提供参考。     

利用导引头控制无人飞行器模拟导弹制导过程的试验研究?

为了探索一种简便经济的导弹制导模拟方法以满足电子对抗试验需要,提出了一种利用导引头控制无人飞行器以模拟导弹制导过程的方法,利用电视导引头搭载无人飞艇进行了飞行试验验证。基于飞艇飞控系统纵向控制通道的分段式PID控制器以及特别设计的制导指令生成模块,利用电视导引头测量的目标信息,分别按照两种导弹导引律控制和引导飞艇向目标飞行。对试验结果的定量分析表明,飞艇按照预设导引律成功实现了制导飞行。     

空空导弹三维非线性制导律的设计

空空导弹在大攻角飞行时参数呈现非线性,因此需要在非线性条件下设计制导律。对导弹-目标三维相对运动数学模型进行分析,建立了相对运动的非线性时变状态方程,采用滑模控制的方法对非线性时变状态方程进行求解,以设计三维非线性制导律,所设计制导律基于俯仰和偏航通道相互耦合的情况。对制导律进行仿真检验,结果显示目标视线角可以快速趋于稳定,该制导律可以满足导弹飞行时非线性情况。     

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。     

带末端角度约束的多导弹协同制导律设计

为了实现饱和攻击与饱和防御,提出了一种针对机动目标的多导弹协同制导律。建立了视线坐标系下的弹目相对运动数学模型,设计了三阶扩张状态观测器,对目标机动加速度项和运动方程中的耦合项进行观测与跟踪。在导弹飞行前段,基于滑模变结构理论设计了攻击时间可控的多导弹时间协同制导律; 在导弹攻击末段,基于有限时间控制理论设计了满足终端角度约束的制导律,给出了导引律切换条件。仿真结果表明:该复合导引律能够使多枚导弹在满足攻击末端角度约束的条件下实现攻击时间协同; 该制导律采用完备的空空导弹轨迹控制系统进行仿真,能够满足实际工程应用的要求。     

中远距空空导弹弹道总体规划

针对中远距空空导弹发射后不管的控制需求,对中远距空空导弹拦截目标的弹道进行了优化设计;在进行弹道规划时将导弹的飞行过程分为中制导段、中末制导交接段和末制导段,分析了不同飞行阶段的制导控制要求,在此基础上完成了各个阶段弹道规划,并给出了实现途径。     

指令制导防空导弹全弹道 飞行仿真系统研究

对指令制导防空导弹全弹道飞行仿真进行了研究，建立了指令制导防空导弹全弹道飞行仿真系统，详细描述了该系统的组成及功能，为防空导弹训练、维修模拟器材的研制提供了实验基础。     

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明：在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。     

基于控制性能优化的网络化控制系统设计

针对网络控制系统存在不确定短时延情况,提出了一种基于控制性能优化的网络化控制器优化设计方法,该方法利用控制性能梯度优化来得到网络化控制器参数,避免了依据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)进行网络化控制系统(NCSs)设计时出现变量个数大于约束不等式个数的情况。通过对水下航行器航向控制系统的仿真研究,表明了该方法的可行性和有效性。     

基于LabVIEW的无线网络测控系统设计

为解决野外条件下远距离测量与控制问题,提出一种无线网络测控系统架构,设计了相关硬件,并用代码实现了测控和混沌加密算法模块。测试结果表明,与其他相关测控系统比较,该系统具有野外条件下展开迅速、传输距离远、可任意增加测控节点、操作简单、测量准确快速、数据传输安全等优点,能满足特殊条件下的测控需要。     

Optimal Gliding Guidance of Vertical Plane for Standoff Released Guided Bomb Unit

Optimal gliding guidance for a guided bomb unit in the vertical plane is studied based on nonlinear dynamics and kinematics.The guidance law is designed under minimum energy loss index.To avoid the complexity in solving two-point-boundary-value problems,the steady-state solutions of the adjoint states in regular equations are suggested to be used.With these considerations,a quasi-closed,optimal gliding guidance law is obtained.The guidance law is described by the angle of attack in a simple nonlinear equation.An iterative computation method can be easily used to get the optimal angle of attack.The further simplified direct computation algorithm for the optimal angle of attack is also given.The guidance properties are compared with those of maximum lift-to-drag angle of attack control.The simulation results demonstrate that the quasi-closed,optimal gliding guidance law can improve the gliding phase terminal performance with significant increase in the altitude and much little decrease in the speed.     

防区外投放制导炸弹滑翔段垂直面最优制导

研究了制导炸弹质点非线性运动模型条件下垂直面能量最省最优滑翔问题。为避免采用两点边界值计算带来的复杂性,以协态变量稳态解为基础求得了最优滑翔攻角的近似解析解。最优攻角满足非线性方程,需要采用叠代方法求解。为方便工程应用,给出了简化的最优攻角直接计算方法,并与最大升阻比攻角滑翔控制进行了制导性能比较。仿真结果表明,本文的最优滑翔制导律能够明显改善滑翔末端性能,滑翔末端高度得到较大增加,而速度减少不大。     

吸气式飞行器爬升段轨迹与速度在线规划及制导律设计

由于吸气式飞行器全程在大气层内飞行,飞行弹道极易受到发动机性能偏差、气动偏差和风干扰等影响,导致爬升段初始条件具有较大的不确定性。针对该问题,将轨迹控制回路与速度控制回路作为2个相互独立的回路进行设计,建立了在线轨迹规划与速度规划和导引模型,并以射程最大化为目标,采用拟牛顿法进行多变量寻优,得到需用最优爬升时间和加速时间。最后以典型工况为例进行数学仿真,验证了该方法的合理性与有效性。     

基于滑模变结构的导弹制导律设计

为了实现导弹的精确打击,增强导弹的机动性,提出基于滑模变结构的导弹制导律。在设计趋近律时考虑到弹目距离的变化,使得系统状态轨迹快速且收敛到滑模面,并通过饱和函数替代符号函数抑制状态轨迹在达到滑模面时的抖动。仿真结果表明,滑模变结构方法相比于经典的比例导引方法,更能发挥导弹机动性并改善弹道,使导弹运动更加平滑。     

考虑建模误差的拦截弹制导控制一体化设计

针对拦截弹末段的制导控制问题,改善已有建模结果,采用智能控制方法设计一体化控制律。考虑近似线性化和忽略耦合因素引起的建模误差,采用模型误差补偿改进拦截弹动力学模型;结合弹目相对运动非线性模型,建立面向拦截弹末段的制导控制一体化(IGC)模型。对此非匹配型非线性系统,利用自适应动态面控制方法进行控制器设计,不仅消除系统非匹配不确定性对系统性能的影响,同时避免了传统反演法的微分膨胀问题,得到控制目标与执行机构指令之间的直接关系。通过与忽略建模误差的IGC 拦截仿真比较,实验结果表明本文IGC 控制效果的优越性。     

基于PXIe 总线结构的某测控系统

针对已有结构系统,进行测控系统软硬件方案设计和主要器件选型,分析主要技术难点及实现途径。基于PXIe总线结构,采用实时以太网、现场总线的总体架构,以及嵌入式实时操作系统,集低压电气系统设计、软件编程、计算机通信等技术于一体。结果表明,该系统具有完善的信号采集与分析处理、运动解算与控制、安全连锁等功能。     

推力矢量拦截弹制导控制一体化设计

针对采用推力矢量控制的拦截弹,首先给出了推力矢量和气动力的归一化设计方法,通过引入等效舵偏角的概念,将多控制输入问题转化为单控制输入问题,并进行求解,设计了推力矢量偏心和气动舵偏转的控制分配策略,给出了气动舵偏转角及推力矢量偏心角的数学表达式,解决了多控制量之间相互争斗的问题。在此基础上,通过模型标准化,采用Backstepping方法(反步法),借助Lyapunov再设计工具,对导弹制导与控制系统进行一体化设计,得到了俯仰平面内的制导控制律。仿真结果表明,和常规制导与控制方法分别设计相比,采用该制导控制一体化设计方法能够使拦截弹有效拦截机动目标,并且导弹的姿态和执行机构偏角的变化也更加平稳。