基于高斯伪谱法的钻地炸弹非线性最优弹道设计

针对钻地炸弹落角大、质量重、机动能力差的特点,文中采用Gauss伪谱法求解了同时满足路径约束和终端约束条件下的过载最小最优弹道.利用全局插值多项式估计将非线性弹道方程转化为离散的代数约束方程,从而将复杂的非线性最优控制问题转化为非线性规划问题.通过仿真对比得出基于伪谱原理的优化弹道全程过载均匀且最低,较好的实现设计任务,体现了文中的最优弹道设计方法的有效性和应用潜力.     

一种多约束条件下的最优末制导律研究

为了更好地满足现代导弹武器多约束、高精度制导的基本要求,提出一种新的最优末制导律。在综合考虑落角和末端攻角的要求下,用二次型最优控制推导出新的制导律,并给出了零阶无时延系统的表达式,最后运用典型弹道仿真和对比试验验证了该制导律的良好的弹道性能。仿真结果表明：该制导律不但能够满足多约束高精度制导的要求,而且对落角、末端攻角控制和早期弹道修正具有较大的优势。     

导弹过渡段弹道优化设计与制导

针对滑翔段到巡航段的过渡段弹道优化与制导问题,在考虑过程约束和巡航段初始约束的条件下,运用Gauss伪谱法将最优控制问题转换为非线性规划问题,利用SNOPT求解了导弹过渡段的最优弹道。然后,将运动方程关于标准弹道线性化,利用LQR最优控制设计弹道跟踪器,给定弹道偏差的条件下,运用MATLAB进行了仿真校验,结果表明LQR跟踪器能够很好的跟踪Gauss伪谱法设计出的优化弹道。     

带落角约束的高超声速飞行器轨迹仿真研究

针对某高超声速飞行器末制导段攻角非负及大落角约束要求,提出"BTT180控制方法+具有落角约束的最优制导"组合制导方式。在末制导初始段,采用BTT180控制方式实现飞行器的翻身下压,解决了攻角非负的约束要求;选择具有角速率反馈形式的最优制导律,实现攻击末端大落角的约束要求。对不同初始高度和约束落角以及垂直攻击时不同初始弹道倾角下的飞行轨迹进行仿真分析,结果表明该组合制导方式使飞行器在命中目标的同时,满足攻角非负及落角约束要求,验证了该制导律的有效性和准确性。     

多约束在线高斯伪谱末制导方法

针对高超声速飞行器研究了一种既能保证终端位置、动压、法向过载约束,又能保证终端落角、落速约束的末段制导方法。该制导方法基于高斯伪谱法实时解算非线性最优控制问题以获得最优反馈控制,将一种初值猜测策略加入到高斯伪谱法解算过程中以加速算法收敛,并在无反馈信息的最后一个制导周期使用比例导引方法以保证飞行器准确命中目标。在三自由度模型各项拉偏情况下进行蒙特卡洛打靶实验,仿真结果表明,在较恶劣的飞行环境下,在线高斯伪谱制导方法具有很好的稳定性和鲁棒性。     

基于 G-MPSP 算法的非线性制导律研究

针对带有末端多约束的非线性制导问题,运用通用模型预测静态规划（ G-MPSP）算法设计了一种快速求解连续时间系统具有终端落角约束的非线性最优制导律。该算法通过向后迭代求解小维数权矩阵微分方程对控制量进行更新,将动态优化问题转化为静态优化问题,计算效率得以提高。考虑目标以不同的方式机动,仿真结果表明,末端位移偏差小于1.0 m,末端角度约束偏差可控制在0.1°范围内,该制导律能够满足脱靶量和末端角度双重要求,法向过载在整个制导过程中变化平缓。     

基于Radau伪谱法的制导炸弹最优滑翔弹道研究

基于Radau伪谱法求解最优控制问题的原理,研究了滑翔型制导炸弹的最大射程优化问题。对制导炸弹动力学模型进行了无量纲化处理,结合极小值原理推导了最优控制轨迹的解析解和一阶必要性条件,采用Radau伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,基于协态映射原理给出了数值解的最优性验证方法。仿真结果表明,Radau伪谱法能够提供具有工程应用价值的最优解,与常规的最大升阻比滑翔弹道相比,优化后的弹道射程增加10%以上。     

带角度约束的倾斜转弯飞行器制导律设计

针对倾斜转弯飞行器以给定角度攻击目标的要求,考虑控制回路动态特性对制导的影响,研究了带角度约束的制导律设计方法。以倾侧角和法向过载指令为控制量,建立了含控制回路动态特性的设计模型; 基于该模型和多通道解耦的思想,提出带角度约束的滑模变结构制导律,通过调整趋近律参数消除抖振。理论分析表明:在初始阶段,该制导律较最优制导律对过载的需求小; 通过优化制导律参数,当系统进入滑模面后,飞行器能按最优制导律命中目标。仿真表明,该制导律在满足落点和落角要求的同时,具有对过载需求分配合理、速度损失小的优点。     

图像制导空地导弹攻顶弹道方案研究

空地制导武器侵彻战斗部为达到最佳毁伤效能,在保证精度的同时,对落角提出了严格的要求.首先基于二次型最优理论推导了满足落点及落角约束的最优制导律.以远程图像制导空地导弹为背景开展攻顶弹道方案研究,针对纯惯导使用条件要求,提出了末导时间tgo算法,同时制导律参数以导引头框架角约束实现自适应.通过仿真计算验证弹道方案的可行性.     

加速度峰值最小的落角约束导引律设计

针对静稳定度较高的导弹在实现大落角攻击时存在操纵能力不足的问题,提出了一种带落角约束的加速度峰值最小的导引律,以降低末制导需用过载、避免控制饱和。通过引入辅助状态将峰值最小化问题转化为常规最优控制问题,采用假设-验证的思路推导出无惯性环节系统的解析解,并借助高斯伪谱法求解无惯性环节系统和一阶惯性系统的数值解。仿真结果检验了两种方法的有效性,并表明无惯性环节系统和一阶惯性系统下,加速度峰值最小的弹道分别为精确和近似的圆弧与线段的拼接。     

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。     

考虑导弹速度变化的攻击时间和攻击角度控制滑模制导律

为了解决导弹速度变化时对攻击时间和攻击角度的控制问题,提出了一种基于成型理论和非奇异终端滑模理论的攻击时间和攻击角度控制制导律,并证明了该制导律的Lyapunov稳定性。以弹目相对运动关系为基础,将导弹速度变化的制导律问题转化为导弹速度恒定的制导律问题。利用成型理论构造视线角多项式,通过数值方法计算其系数,得到了满足攻击时间和攻击角度约束的理想视线角表达式。基于非奇异终端滑模理论设计了导弹法向加速度,使导弹实际视线角按照理想视线角变化,实现了攻击时间和攻击角度控制。不同条件下的数值仿真结果验证了所设计制导律的有效性。     

多约束条件下对地攻击的最优制导律

针对现代空地武器多约束、高精度制导的基本需求，本文将空地武器三维运动分解成俯仰平面和转弯平面两个平面运动，以此为基础分别设计制导律。在制导律设计过程中，综合考虑脱靶量、落角、入射角、导弹动态特性等多约束条件，运用二次型最优控制的黎卡提方程推导出一种新的韦0导律，并给出了0阶无时延系统的近似表达式。最后运用典型弹道仿真和对比试验验证了该制导律的可行性和良好的弹道性能。结果显示该制导律不但能够满足多约束高精度制导的需要，而且对末端攻角控制和早期弹道修正具有较大的优势。     

扩展弹道成型末制导律特性分析与应用研究

基于剩余飞行时间的指数函数构建了扩展的权函数和目标函数,引入常值机动目标,利用最优控制理论,扩展得到最优弹道成型制导律簇。针对无制导动力学滞后的制导系统,利用施瓦茨不等式,求解得到了在初始位置误差、方向误差、目标常值机动及终端落角约束作用下的制导律加速度指令解析解。分析指出,当罚函数中剩余飞行时间的指数大于0时,加速度指令在弹道末端趋近于0.利用无量纲化方法和伴随法,研究了含有一阶动力学滞后的制导系统在初始方向误差和终端落角约束作用下的无量纲位置和角度脱靶量特性。结果表明:当末导时间为制导系统动力学滞后时间常数的15倍左右时,落角约束、初始方向误差引起的位置和角度脱靶量均趋近于0;且初始方向误差角和终端落角方向相反时的位置和角度脱靶量要小于二者同号时的情况。     

带末端攻击角度约束的三维最优导引律研究

针对导弹对目标实施大角度攻击的作战需求,运用飞行力学和最优控制理论,设计了带终端攻击角度约束的三维空间最优导引律.在设计过程中,将三维空间分成纵向和航向两个导引平面,分别设计两个平面的最优导引律,并在纵向平面上考虑攻击角度约束,使得导弹在命中点的弹道倾角满足约束条件.最后分别针对静止目标和慢速运动目标进行了仿真研究.     

一种导弹终端侵彻多约束最优制导方法

针对地面目标精确打击及高效毁伤的需求,提出一种满足终端位置、落角及攻角约束的最优制导方法。利用比例导引项、落角约束项及加速度约束项保证终端命中多种约束条件,并且设计制导阶次实现全程加速度指令的优化分配,保证命中目标时的加速度指令收敛为小量。通过仿真计算验证了该制导方法能够满足精度、落角及攻角等终端约束条件,同时具有更好的加速度指令特性,有利于增强导弹的精确毁伤能力。     

多高超声速导弹协同末制导律及可行初始位置域研究

针对多高超声速导弹以指定落角对目标进行饱和攻击的问题,提出一种具有攻击角度和攻击时间约束的末制导律,并基于此对导弹的末制导可行初始位置域进行研究。建立三维空间导弹运动模型,分别通过纵向通道和侧向通道制导指令实现落角和攻击时间控制,构成三维协同末制导律。考虑导弹过载和末速约束,采用上述制导律,以导弹末制导初始位置的坐标为设计变量,以实际攻击时间与理想攻击时间差为性能指标函数,建立并求解优化模型,得到导弹一维及二维可行末制导初始位置域。仿真结果表明:该三维协同制导律可使多导弹在同一指定时间以指定落角命中目标; 该位置域求解方法可求得给定约束条件下的各导弹末制导可行位置域。     

基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化

针对远程精确制导炮弹弹道优化问题,给出了一种基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化方法。以制导炮弹飞行时间为性能指标,考虑一阶动力学滞后,引入虚拟控制量,并将其作为优化变量,为保证攻击效果,对滑翔末端弹道倾角和速度值进行了约束,建立了纵向平面内弹道优化模型。利用Gauss伪谱法对状态量和控制量进行了离散,将最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用序列二次规划法对其进行了求解,最后将求解结果与传统的直接打靶法进行了对比。结果表明,该方法具有较高的优化效率,能够快速计算出满足各种约束的滑翔弹道,具有在线优化的潜力。     

扩展的多约束最优制导律及其特性研究

为满足侵彻攻击空地导弹末端制导要求,解决当前多约束制导律终端攻角控制问题,设计了包含受剩余飞行时间决定的控制量权函数,并引入到最优问题的目标函数中,基于线性二次最优控制理论推导得到一种扩展的多约束最优制导律。利用指令随时间变化解析表达式及伴随系数法,对制导律加速度指令变化规律及无量纲脱靶量特性进行了研究,证明了制导律指令的收敛性,从而为终端攻角控制创造了有利条件。同时,讨论了制导律增益n的设计原则。结合工程应用的需要,分别提出了一种制导初始条件设计方法及最大需用加速度的估计方法,可有效减小导弹末端机动。通过仿真验证了制导律及分析结论的有效性。