一种近空间高超声速飞行器的制导律设计与仿真

为了实现一种由助推、近空间巡航和俯冲攻击组成的高超声速飞行器攻击弹道以对付具有大机动能力的目标,采用粒子群优化方法一体化设计高超声速飞行器的固体火箭助推器和助推弹道;巡航段水平面内采用一种3维虚拟目标比例导引律,纵向平面内基于非线性系统奇异摄动理论和虚拟目标导引方法设计一种次最优组合制导律;俯冲攻击段基于随机跳变系统理论设计一种最优制导律.3维全弹道仿真结果表明所设计的制导律合理,中制导律能够有效衔接助推段和俯冲攻击段,末制导律能够有效实现攻击大机动目标的制导任务.     

弹道修正迫弹制导方法与制导精度研究

针对传统迫击炮弹落点精度差,打击精度低,设计了迫击炮弹弹道修正算法,采用摄动落点偏差预测法、自适应比例导引法、自适应比例微分导引法对弹道进行修正。建立了六自由度弹道模型及控制模型,阐述了摄动落点偏差预测法和比例导引法基本原理; 针对比例导引律中常值比例系数不符合实际弹道变化的特点,在纵向平面设计了自适应比例导引律,横向平面设计了自适应比例微分导引律。采用蒙特卡洛模拟打靶仿真验证,考察制导律在纵向平面、横向平面以及复合制导的修正能力。仿真结果表明,在纵向平面,自适应比例导引律效果最好; 在横向平面,自适应比例微分导引律效果最好。仿真分析了3种制导方法的复合制导效果。仿真结果表明,在纵向平面升弧段采用摄动落点偏差预测制导方法,以及在降弧段纵向平面采用自适应比例导引律、在横向平面采用自适应比例微分导引律的复合制导能力得到有效提升,迫击炮弹落点圆概率误差从无控时的126.317 m降为0.965 5 m。大射角、小射程条件下模拟打靶,圆概率误差为1.864 3 m。     

制导炸弹大落角攻击弹道度研究

针对制导炸弹垂直打击的要求,设计了两种可实现大落角攻击的制导方案;通过对采用带重力补偿比例导引及带重力补偿弹道成型制导律的两种制导方案进行仿真研究,检验两种制导方案的垂直打击制导效果;仿真结果表明:当制导炸弹攻击静止目标时,采用带重力补偿弹道成型制导律可实现对目标垂直打击,满足落角要求。     

攻击大机动目标的导弹广义导引律研究

攻击大机动目标的导引律是高性能防空反导导弹的关键技术之一。比例导引法由于其形式简单、制导系统技术上易于实现,已得到广泛应用。以某型反导导弹为例,针对目标做大机动运动时比例导引存在捕获区域变得有限的问题,提出了比例导引的两种扩展算法:引入目标加速度补偿的比例导引和引入视线加速度补偿的比例导引,并进行了数值仿真分析。结果表明,采用这两种扩展比例导引律,攻击大机动目标时制导精度高,对导弹的过载要求小,脱靶量小,弹道较为平直。     

几种增大空地导弹落角的制导方式比较

为提高对加固掩体、地下指挥控制中心等硬目标的毁伤效果,新型空地导弹需要使用较大的落角攻击目标。文中首先对两种可实现大落角攻击的制导方式——过重补比例导引和Zarchan弹道成型制导律进行了仿真分析,并提出了"Zarchan弹道+比例导引"组合制导方式,仿真分析表明,该组合制导方式可实现接近90°的末端落角,比较适合于防区外发射空地导弹和高空投放的制导炸弹。     

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。     

俯冲攻击制导律设计

对比例导引在俯冲攻击中的应用进行论证和弹道设计,采用最优控制法和逆矩阵法进行末端速度约束俯冲攻击制导律的设计,通过仿真验证和对比分析,结果表明,速度约束法能够大幅度提高落地攻击角度。     

精确对地攻击姿态约束最优末制导设计

针对远程精确对地攻击姿态约束末制导问题，提出按照命中点姿态角需求设计基准弹道，并建立了围绕基准弹道的线性时变弹目运动方程。以弹道跟踪误差和控制能量最小为优化指标，取弹道跟踪误差加权阵与剩余飞行时间的平方成反比，求得了一种新的精确对地攻击姿态约束末制导律。制导指令由基准弹道补偿项和弹道跟踪误差项两部分组成。与文献[1]制导律的仿真对照表明，本文给出的制导律具有较小的需用过载，命中点姿态角控制精度高、脱靶量小、适用性好。研究结果对远程对地攻击导弹或制导炸弹末制导系统设计具有参考价值。     

反坦克导弹击顶导引律设计

针对反坦克导弹采用常规比例导引时存在严重的弹道落角不足的问题,引入弹目视线角和导弹速度矢量前置角反馈,提出了一种适用于俯冲攻击的改进比例导引律,保证了命中点处的落角要求。最后通过仿真验证其弹道特性,并分析了导弹飞行速度和参数测量误差对制导效果的影响。仿真结果表明该导引律在保证了命中精度的同时可以极大的提高击顶落角,而且具有很强的鲁棒性。     

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。     

空空导弹末端控制滑模导引律研究

针对现代空战中目标大机动条件下, 末端控制(ENDGAME)段导弹和目标间的相对运动, 结合滑模控制理论设计了工程上易于实现的滑模制导律, 并进行了仿真计算。最终仿真结果证明了滑模导引律比传统的比例导引律在ENDGAME中对目标机动有更好的制导性能。     

基于双方最优控制的微分策略制导

为了提高导弹攻击大机动目标的制导能力,文中提出了双边最优的微分策略制导律。并针对数学上难于求解的两点边值问题,创新性的采用了伴随方法进行求解。在导弹和目标均为一阶时间延迟下推导出微分对策制导的公式,通过与扩展比例导引、单边最优制导的仿真比较,考察脱靶量和控制能量两个指标,得出微分策略制导在理论上的先进性。     

基于神经网络的中制导律

基于神经网络的中制导律适合末段采用寻的制导的复合制导导弹。采用针对固定目标、同时能满足复合制导中制导要求的最优中制导律来提供神经网络的训练样本，通过遗传算法对神经网络的各个权值及各神经元的阈值进行综合寻优，以各时刻导弹及目标的位置坐标作为神经网络输入，经过计算输出相应的中制导指令。仿真结果表明基于神经网络的中制导律不仅能用于攻击固定目标及机动目标，同时能满足复合制导中末交班的各项要求。     

高阶滑模制导律的设计与实现

针对机动目标拦截问题,应用高阶滑模控制方法,设计了高精度制导律。在制导律设计过程中,针对目标机动,基于增广比例导引设计了滑模变量,考虑二阶弹体动态特性,设计了二阶滑模制导律。应用高增益扩张状态观测器对制导信息进行估计,完成了制导律的实现。数值仿真结果验证了方法的有效性。     

基于模糊逻辑的高性能融合制导研究

提出一种将传统比例导引和模糊制导相结合的融合制导方案，依靠比例导引部分保持制导系统对探测信息噪声的鲁棒性。利用模糊逻辑制导部分增强制导系统对拦截条件的自适应变化能力，通过融合形成最后的制导指令，使得比例导引和模糊逻辑制导的良好特性均得到发挥。仿真结果表明，这种制导方法精度高，性能优良。     

考虑动力学滞后的最优比例导引律研究

建立具有一阶动力学滞后的制导系统模型,利用最优控制理论,推导了考虑一阶制导动力学滞后的最优制导律。与经典的比例导引、增强型比例导引进行了对比研究,研究结果表明,这种最优制导律能有效降低弹道末端对加速度的要求,减少制导系统对末导时间的要求,同时也能有效降低动力学滞后对制导系统脱靶量的影响。     

带初始前置角和末端攻击角约束的偏置比例导引律设计以及剩余飞行时间估计

针对导弹飞行过程中受到外部干扰导致前置角变化较大的问题,设计了满足任意初始前置角和末端攻击角度约束的偏置比例导引律,并对该导引律下系统参数的收敛性给出了证明。基于现有分段迭代求解剩余飞行时间的方法进行拓展,解决了现有分段迭代求解方法在前置角等于π/2 rad时存在奇点的问题,并用该改进方法给出了该导引律的剩余飞行时间估计。对提出的导引律和改进的分段迭代求解方法进行仿真,结果表明：该导引律能够满足任意初始前置角和末端攻击角度约束下导弹的脱靶量和末端角度要求,且在飞行末端加速度指令收敛至0;与以往研究结果相比,该导引律在前置角大于π/2 rad时能够实现对导弹的更有效控制;使用改进的分段迭代求解方法对提出的导引律进行剩余飞行时间估计,估计误差小,误差收敛快。仿真结果验证了该偏置比例导引律和剩余飞行时间估算方法的有效性。