燃气动力/空气动力复合控制拦截弹的制导精度研究

燃气动力/空气动力的复合控制方式是当今世界大气层内拦截弹的发展方向之一.复合控制技术的分析研究是当前急需解决的重要问题.在考虑目标机动加速度大小、目标机动时刻以及目标角闪烁的条件下,确定了拦截弹的控制方式由空气动力切换到复合控制时的切换时间,并研究了单纯空气动力控制改为空气动力与力矩燃气动力的复合控制而进行其末制导精度的变化.     

复合控制拦截弹的稳定控制系统数学模型的建立

建立了燃气动力／空气动力复合控制拦截弹的稳定控制系统数学模型。首先，给出了复合控制拦截弹弹体的数学模型，然后提出复合控制拦截弹的稳定控制系统结构，最后推导出复合控制拦截弹的稳定控制系统的传递函数，并从理论上分析了复合控制拦截弹的稳定控制系统时间常数小于仅采用空气动力控制拦截弹的稳定控制系统时间常数。     

直接力/气动力复合控制拦截弹的飞行控制系统设计

推导了气动力与力矩式直接力复合控制拦截弹弹体的数学模型，用气动力控制与直接力控制并行的方式初步设计了拦截弹的飞行控制系统．最后推导出复合控制拦截弹的飞行控制系统的传递函数，并分析了拦截弹分别采用复合控制和空气动力控制时的飞行控制系统时间常数。在此基础上进行拦截弹末制导精度的仿真．验证了复合控制方式比气动力控制更为有效。     

先进防空导弹直接力/气动カ复合控制关键技术分析

对比分析了国外已研制成功的直接力与气动力复合控制拦截弹；定性分析了直接侧向过载控制和力矩直接力控制的优缺点；探讨了复合控制拦截弹在末制导阶段是否需要滚转及转速对制导精度的影响；确定了复合控制的切换时间；推导出拦截弹所需要的脉冲发动机数量的公式，并对其详细讨论。     

复合控制拦截弹的稳定控制系统数学模型的建立

建立了燃气动力/空气动力复合控制拦截弹的稳定控制系统数学模型.首先,给出了复合控制拦截弹弹体的数学模型,然后提出复合控制拦截弹的稳定控制系统结构,最后推导出复合控制拦截弹的稳定控制系统的传递函数,并从理论上分析了复合控制拦截弹的稳定控制系统时间常数小于仅采用空气动力控制拦截弹的稳定控制系统时间常数.     

增强探测信息可观测性的主动防御滑模协同突防制导律

针对敌方来袭拦截弹制导策略未知的主动防御协同突防场景,考虑目标弹-防御弹单向和双向协同配合模式,采用滑模控制方法提出了兼顾拦截弹探测信息可观测性和防御弹反拦截精度的协同突防制导律。构建了融合空间探测构型需求和拦截成功必要条件的滑模面,分别应用双幂次趋近律和带状态反馈的指数型趋近律,推导了目标弹-防御弹的单/双向协同制导律。相较于单向协同,双向协同通过引入加速度代价函数,应用最优化方法优化了协同突防制导律,目标弹通过协作机动帮助防御弹降低打击来袭拦截弹的过载需求。仿真结果表明,协同滑模突防制导律可确保目标弹和防御弹达到期望的空间探测构型,并能够精准地打击来袭拦截弹。     

拦截跳跃式机动目标的制导律设计

针对攻击型临近空间飞行器的跳跃机动突防对常规拦截导弹提出的挑战,本文首先建立了视线坐标系下的三维弹-目相对运动方程,引入目标跳跃幅度变化率估计目标跳跃机动的能力,基于滑模变结构控制理论,设计了随弹-目距离和目标跳跃幅度变化率自适应调节的滑模趋近律,推导了视线坐标系下导弹的三维制导律。其次,采用轨控直接力控制技术,设计了直接力/气动力复合控制的分配方案。仿真结果表明:采用该制导律与控制策略的拦截弹能够精确拦截高速、大机动目标,同时拦截弹弹道平缓,需用过载和能量消耗均较小。     

一种基于预测遭遇点的制导控制一体化算法

为了能够对再入大气层机动目标进行有效拦截,文中基于预测遭遇点的思想设计出一种有效的制导控制一体化算法。首先对弹目相对运动及其他关键环节进行建模并进行模型分析,将问题化为常见的状态方程形式,并对文中所提出的设计思路进行说明;然后利用反演控制理论进行制导控制算法的推导并进行稳定性分析;最后的仿真结果表面,所设计的制导控制算法能够很好的对目标弹进行拦截,并且伪指令的跟踪效果也很好。     

大气层内拦截战术弹道导弹末端控制研究

未来战争是高技术战争,随着战术弹道导弹(TBM)及其技术的发展,TBM已成为现代战争中的核心武器,与此同时TBM的使用也给防空系统构成了严重的威胁,所以有效地拦截TBM已成为现代防空作战的重要任务之一。TBM具有高速大机动的特点,因此拦截弹在末制导段的精确制导及复合控制是保证拦截弹最终完成摧毁效果的关键。本文总结了拦截弹末制导的情况,以国外9M96E导弹为原型建立了拦截弹数学模型,设计了直接力/气动力复合控制系统,最后对拦截弹末制导段进行了仿真,结果表明所设计的制导控制系统具有很强的自适应性和鲁棒性,制导精度满足要求。     

临近空间防御作战拦截弹制导与控制关键技术综述

为满足临近空间高超声速目标防御作战需求,聚焦拦截弹超远程超高速拦截制导和控制关键技术,对"中制导"、"中末制导交接班"、"末制导"、"直接力/气动力复合控制"以及"多拦截弹协同拦截"等五个方面的研究进展进行综述,围绕"基于区域分割的多拦截弹协同弹道生成"、"基于分布式优化的多拦截弹协同弹道修正"以及"多拦截弹协同末制导...     

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。     

基于模糊逻辑的导弹扩展比例导引律

临近空间高超声速大机动目标的拦截制导律一直是现代制导与控制方面的一个难点和热点。运用模糊逻辑的方法，改进了扩展比例导引律，使导弹在拦截过程中能够有效跟踪导弹至目标视线转率的变化及目标的机动加速度，拦截末段视线转率收敛，实施成功拦截。     

多弹协同末制导方法综述

多弹协同是导弹制导领域近年来重要的研究方向。本文基于任务需求、通信结构、约束条件等分类标准,对当前多弹协同末制导策略进行分类总结,对时间协同制导律、空间协同制导律、时空协同制导律的研究现状进行梳理,分析了现阶段协同制导面临的关键问题,如剩余飞行时间估计问题、机动目标协同拦截问题、闭环协同制导信息配准问题、闭环协同弹间通信问题等,提出了未来多弹协同末制导技术的4个研究方向：大机动目标协同拦截技术、面向真实场景的鲁棒协同制导技术、智能化自主化协同制导技术、协同作战并行交互式设计技术。     

基于三点法拦截几何的导弹滑模制导律设计

针对传统的三点法制导律在六自由度弹道仿真时的应用限制,设计了一种基于三点法弹目拦截几何的滑模制导律。在地面坐标系下利用方向余弦阵,推导出了三维空间中三点法制导律的弹目拦截几何; 将目标机动视为模型扰动量,建立了三点法拦截几何的状态空间方程; 基于滑模控制理论,通过选取合适的滑模面并通过极点配置确定其参数,设计了一种滑模制导律; 依据Lyapunov稳定性理论,对所设计的制导律进行了稳定性证明并进行了数值仿真。仿真结果表明,在导弹整个飞行过程中,坐标原点、导弹和目标始终都在一条直线上,严格符合三点法弹目拦截几何,并且制导指令相对平滑,符合实际需求。     

基于空中机动目标拦截的制导和引信及战斗部一体化设计研究

为实现对空间机动目标的可靠拦截,研究防空导弹制导盲区情况下常规破片战斗部的制导和引信及战斗部一体化设计方法。在已知目标最大机动能力作为先验信息条件下,通过目标最大机动能力估计制导盲区内目标潜在运动的状态集合;建立破片飞散的数学模型,根据目标状态集合和破片飞散特性求解防空导弹最佳交会状态和引信最佳起爆时间;采用Gauss伪普法,以末端弹目相对位置、弹目视线角和速度矢量夹角作为约束,求解导弹实时最优控制输入,使防空导弹到达最佳拦截位置。仿真分析结果表明,所提制导和引信及战斗部一体化设计方法能够实现引信最佳起爆控制和目标可靠拦截,对战斗部设计提供了依据。     

防空导弹直接力和气动力复合控制方法

直接力和气动力复合控制是防空导弹对付高速机动目标、兼有反导能力以及发展为动能拦截弹的最现实有效的技术途径。文中对复合控制方法进行了综述,介绍了轨控方式和姿控方式两种典型的复合控制方法,分析了复合控制方法的优越性,并针对姿控式复合控制方法总结分析了其中主要关键技术及当今两种主流的复合控制系统设计方法,最后从工程应用的角度提出复合控制研究中需进一步解决的关键技术问题。     

随机预测控制及其在导弹制导中的应用

基于最优预测控制理论及局部最优预测控制理论,利用庞特里亚金随机极值原理研究了两类代价函数的随机预测控制问题,给出了"终时最优"及"一般形式"的随机预测控制算法.针对机动目标的拦截问题,考虑系统状态噪声和观测噪声等随机因素影响,分别推导了2种形式的随机预测制导律.通过对机动目标拦截的仿真,表明了"一般形式"预测制导律的有...     

基于主动螺旋变轨的三维末制导律研究

针对解决我方导弹既能够规避敌方拦截导弹又能够准确命中海面机动目标的问题,提出了一种超声速反舰导弹自寻的主动螺旋变轨的三维导引设计方案。首先建立了三者在三维空间中的运动几何关系模型;然后基于自适应变结构控制的思想采用让视线角速率跟踪给定衰减螺旋指令信号的方法使导弹在打击目标的过程中实现螺旋变轨,以逃避敌方导弹的拦截;同时选择合理的参数使弹目间视线角速率在飞行过程中趋于零,以保证我方导弹能够准确命中海面机动目标。仿真结果表明,该制导律既能够使反舰导弹进行主动螺旋变轨,在4.41S使敌方拦截弹的脱靶量达到最小值209.233 m,又能以脱靶量0.932 m的精度命中其机动舰艇。     

多防御弹主动防御系统协同一致拦截

针对目标-攻击弹-防御弹群（TAD）系统中防御弹群需协同目标进行主动防御并实现同时拦截攻击弹目标的问题，对TAD系统在二维平面下的协同主动防御模型进行了研究，并提出了包括虚拟领弹、目标以及防御弹群的两层协同制导策略，问题采用基于非线性模型预测控制（NMPC）的一致性协议算法进行求解。两层制导策略分别是第一层中的虚拟防御弹领弹协同目标进行主动防御并得到攻击弹位置信息，第二层是真实防御弹群针对确定位置的攻击弹采用基于模型预测控制的一致性算法，实现同时到达并拦截攻击弹。第一层协同制导主要考虑保护目标在安全范围内，以及目标和虚拟防御弹的加速度约束，第二层协同制导主要考虑防御弹群的加速度约束。两层制导均通过基于NMPC的方法优化，计算出目标和防御弹群的协同控制量。仿真结果表明，提出的多防御弹主动防御系统协同一致拦截制导算法能够实现TAD系统中目标和防御弹群的协同主动防御。     

基于扩张状态观测器的攻击角度约束制导律

为满足现代战场对拦截弹特定攻击角度约束的要求,设计了一种自适应滑模制导律。以弹目视线角与视线角速率为状态变量,在二维平面建立了制导模型;采用一种自适应滑模趋近律,设计了具有攻击角约束的制导律;采用扩张状态观测器,对目标机动进行估计补偿,并用于所设计的制导律。进行了仿真分析,结果表明,所设计的制导律能够引导拦截弹以期望的角度命中目标,对于目标的机动具有一定的鲁棒性,能有效实现对目标实行特定角度攻击并基本满足零脱靶量的要求。