基于DDPG算法的末制导律设计研究

末制导律设计是拦截系统中的关键技术,常用的比例制导律及其变型在目标大机动时性能下降,且受到导航比的影响.提出基于DDPG算法的末制导律设计方法,通过对拦截问题的环境状态和动作(控制量)进行设计,实现了从仿真环境交互数据中学习回报最优的制导律;与传统方法相比,该无模型方法更具灵活性;针对强化学习方法动作集假设偏置弱带来训练效率低的问题,进一步提出将导航比作为决策优化参数,加速了训练过程并实现动态调整比例制导律中的导航比.对比实验表明,两种强化学习末制导律设计方法获得了优于比例制导律及其变型的拦截效果,展现出良好的研究前景和潜在的应用价值.     

考虑攻击角度和视场角约束的自适应终端滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的末制导问题,基于有限时间滑模控制理论设计一种带有攻击角度和导弹视场角约束的制导律.首先,将导弹末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题,设计一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数,给出一种终端滑模制导律的设计方法,并针对目标机动的不确定性设计一种对目标机动上界的自适应估计;然后,通过稳定性理论证明制导系统的状态变量最终是有限时间收敛的,并且结合时变的障碍Lyapunov函数和滑模面的设计特性证明在末制导过程中视场角约束条件始终不会被违背,相比于现有的考虑视场角约束的制导律,该制导律不存在指令转换,能够加快制导系统收敛速率,增强制导系统的抗干扰能力;最后,通过仿真实验验证所提出制导方法的有效性.     

终端约束条件下末端制导律研究综述

现代战场环境的日益复杂化和激烈化,多约束条件下制导律的设计成为研究热点.本文首先介绍了末端制导律的研究背景和研究意义,概述了由于环境的复杂,目标的高机动性,及飞行器运动的非线性、强耦合性和多时变性性等因素带来制导律设计上的困难.然后对具有多终端约束条件下末端制导律的设计方法进行分类,将其分为单终端约束制导律和多终端约束制导律,并对具有终端角度、弹着时间、和终端速度的某一种或几种约束的制导律方法进行归纳总结.最后对下面4种末端制导律的发展趋势进行了展望:三维制导律、制导控制一体化、多飞行器协同制导和多模复合末制导.     

一种改进的组合末制导律研究

在分析经典比例导引律基础上,利用有限获得的制导信息,通过非线性估计器来估算视线角加速度,提出一种由比例项、角加速度项和前置角项组成的改进的组合末制导律.它具有纯比例导引结构简单、易于实现的优点,同时能够克服其攻击机动目标能力较差的缺点,提高了系统的可观性.经过大量数字仿真研究表明,应用这种改进的组合末制导律,导弹的最大及最小过载均小于常规比例导引,同时脱靶量及命中时间也有明显降低,有效地提高了导弹的制导精度.     

基于预测落点导引律的制导炸弹中制导律设计

关于炸弹精确制导优化控制问题,是根据精确制导炸弹的飞行特点,要求精确打击目标.为了修正运动中的偏差,设计了制导炸弹的中制导规律,以实现对目标的精确打击的控制系统,提出了以预测落点作为反馈控制量的预测落点导引律,将制导炸弹有效导引向目标的任务,且保证落点脱靶量小.为提高制导律性能,进一步设计了比例微分积分形式的修正预测落点导引律,并进行了六自由度仿真及打靶试验.仿真结果表明,修正预测落点导引律生成的制导参数变化平稳、分布合理,可使制导炸弹保持很好的弹道性能,从而保证对目标实施精确打击,为精确制导设计提供了依据.     

基于变结构控制的固定前置角制导律设计

弹载合成孔径雷达（SAR）的方位成像能力受飞行导弹的观测角影响,其末制导段采用前侧视工作方式。因此,必需合理设计制导律使前侧视条件成立。为了保证末制导段弹目间具有合适的夹角,采用变结构控制方法设计了一种固定前置角制导律,该制导律能够解决合成孔径雷达导引头对于前置角约束的问题。在制导律设计过程中,首先建立了弹目相对运动关系模型和具有终端角度约束时的视线角变化模型;在此基础上采用变结构控制的方法设计了固定前置角制导律;进而,对该固定前置角导引律进行了性能分析,得出了其一般攻击特性;最后,通过弹道仿真论证了其正确性与有效性。     

考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律

针对机动目标拦截末制导问题,提出一种考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律.首先给出一种有限时间收敛的非线性积分滑模面,采用快速终端滑模设计趋近律;然后设计一种对目标机动加速度上界平方进行估计的自适应律,给出具有光滑特性的自适应积分滑模制导律;最后基于有限时间理论证明闭环系统的有限时间收敛特性,并给出滑模变量、视线角以及视线角速率的收敛域.数值仿真结果验证了所提出设计方案的有效性.     

基于变结构理论的中制导律设计方法研究

对于采用复合制导的空地导弹,中末制导交接班问题是影响命中概率的关键因素;针对这一问题,采用变结构理论设计中制导律;首先建立滑模面,保证滑模面上速度矢量与视线重合,且零化视线角速率,然后设计到达函数,使到达条件得到满足,可以保证交班时刻导弹可靠捕获目标,并为末制导提供最优初始条件;建立了导弹六自由度数学模型和目标捕获模型,进行全系统数字仿真,实验结果表明:在中末制导交接时刻,弹目视线与导弹速度矢量基本重合,误差为0.12°,视线角速度为-0.02°/ s,在±20°视场下满足捕获需求,并且为末制导提供最优初始条件;该方法可以满足中末制导交接班要求,具有较强鲁棒性,且中制导段弹道平滑,需用过载小.     

中远程导弹最优中制导律设计

研究导弹的制导优化性能,中远程导弹中末交接班时导弹飞行速度,是影响脱靶量的重要因素.为使导弹在中末交接班点的速度达到最大,同时使导弹的弹道倾角满足约束条件,提出采用一种使末速最大的最优中制导律.制导律是法向加速度指令,控制增益是一个关于速度、位置等飞行状态以及弹道约束条件的函数,并且变化范围很小.为便于工程应用,控制增益取为固定值.进行仿真的结果显示,导弹在中末交接班时速度达到最大,同时弹道倾角也能够满足弹道约束条件,提出的最优中制导律达到了设计要求,可为设计应用提供依据.     

三维末制导律设计与仿真

运用H_2/H_∞混合控制设计了三维末制导律,并对制导律进行了仿真验证.设计过程中,首先建立了三维导弹拦截问题的非线性数学模型,运用耗散性原理给出了混合H_2/H_∞性能指标的计算方法,依据该性能指标推导了与H_2/H_∞混合控制相关的哈密尔顿-雅可比偏微分不等式,通过不等式的求解,最终给出了制导律的解析解.最后的仿真结果表明,该制导律在目标机动信息完全未知的情况下,仍然能够迅速命中目标,具有较强的鲁棒特性,同时也获得了良好的动态性能品质.     

基于自适应动态规划的导弹制导律研究综述

自适应动态规划（Adaptive dynamic programming,ADP）作为最优控制领域的近似优化方法,是求解复杂非线性系统最优控制问题的有力工具.近年来,已成为控制理论与计算智能领域的研究热点.本文着重介绍ADP算法的理论研究进展及其在航空航天领域的应用.分析了几种典型的制导律优化设计方法,以及ADP方法在导弹制导律设计中的应用现状和前景.     

基于飞行时间估计带时间约束的末制导律设计

针对某些导弹要求限制末端攻击时间的作战要求,本文提出一种带末端攻击时间约束的新型制导律。所提出的制导律是通过线性最优控制方法的解而得到的,该制导律是比例导引律和攻击时间误差反馈的组合,此攻击时间误差有别于通过比例导引律所设定的攻击时间。本文用到飞行时间估算方法来完善所提出的制导律。所得制导律形式简单、实用。数字仿真结果证明所提出的制导律能够导引多枚导弹在期望的攻击时间同时命中固定目标。     

Discrete‐Time Super‐Twisting Guidance Law with Actuator Faults Consideration

This paper proposes a robust fault‐tolerant guidance law against unknown maneuvering targets based on discrete‐time sliding mode control theory. To address this problem, a time‐delay observer is designed to estimate the lumped disturbance, which includes target maneuver as well as actuator faults. A robust discrete‐time guidance law is then synthesized based on the discrete‐time super‐twisting algorithm. Due to the principle of the super‐twisting algorithm, the presented guidance law is a naturally chattering‐free formulation. Detailed stability analysis shows that the line‐of‐sight angular rate under the proposed guidance law can be stabilized in a small region around zero. Simulation results are also provided to verify the effectiveness of the proposed approach.     

一种针对机动目标的三维鲁棒导引律

针对球坐标系下的三维导弹与目标相对运动模型,基于零化导弹与目标视线角速度的思想,在不依赖于碰撞线附近线性化的假设的情况下,设计了满足输入-状态稳定性(ISS)理论的非线性鲁棒导引律.该导引律的设计不需对目标机动加速度做自适应估计,在目标运动信息完全未知的情况下可实现对机动目标的扰动抑制、跟踪和拦截.仿真结果表明,所设计...     

A Differential Game Based Guidance Law for an Accelerating Exoatmospheric Missile

A differential game‐based guidance law design is proposed for a class of accelerating exoatmospheric missiles. By analyzing the nonlinear dynamic equations, a class of motions that does not require maneuver effort is derived for the missile. Using this property, a two phase guidance scheme can be derived that permits a perfect interception. In Phase 1, the missile is put in collision course with the target, which means in Phase 2 the missile should intercept the target with a straight line flight course, at a specified terminal body angle. Differential game based guidance laws are derived respectively for the two phases to guarantee the implementation of the guidance scheme. Simulation results show that the methodology provides robust interception performance.     

基于Bézier曲线的碰撞角约束多项式制导方法

研究了一种基于Bézier曲线的碰撞角约束的制导律.通过模型转化将制导指令设计的问题转化为二次Bézier曲线形式的航迹角设计问题.首先,利用Bézier曲线的性质设计了导弹速度大小不变的制导律;然后进一步对导弹速度时变的末端角度约束的制导律进行了研究,同时对导弹速度时变情形下的剩余飞行时间进行了估计;最后通过不同情况下的数值仿真,验证了所提出的制导律的有效性.     

拦截机动目标的范数型协同微分对策制导律

针对多个拦截弹协同拦截单个机动目标的情况,提出了一种范数型的协同微分对策制导律。在拦截弹和目标的控制系统均具有理想动力学特性且法向加速度均有界的条件下,对追逃对策问题进行分析,建立了线性化的多对一追逃对策运动模型,基于微分对策理论选取范数型的性能指标,推导得出了一种具有"bang-bang"结构的最优制导策略。上述制导律无需预先对目标的机动规律做假设,且可避免出现因加速度饱和而导致制导律失去最优性的现象。最后通过对拦截多种机动形式的目标进行仿真,验证了上述方法的有效性。     

一种改进的比例导引规律的设计与仿真

由于经典比例导引规律对大气层外高性能目标的命中精度不理想,文中就此问题提出了一种改进的比例导引规律.该导引规律的改进之处有两点:①提出了目标飞行弹道的预估算法,保证了导弹对目标位置和速度的实时预估,解决了红外导引头带宽限制的问题;②以减小脱靶量为指标,提出了较优导航比例系数的搜索算法,解决了弹体可用过载限制的问题.仿真结果表明,这种改进的比例导引规律对高性能目标能够取得较高的命中精度,相比经典的比例导引规律有很大的性能改善.     

带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模制导律

本文利用先进的终端滑模控制和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种非奇异、本质上连续和有限时间收敛的带攻击角度约束的制导律,它可用于打击固定、匀速运动和机动目标.为了在有限时间内高精度地获得给定的攻击角度并不出现奇异问题,非奇异快速终端滑模函数被用于设计滑模面.快速终端滑模函数被用于设计趋近律,在整个到达阶段系统轨迹可以从任意初始状态快速地收敛到滑模面并形成本质上连续的制导律.由于非奇异、本质上连续和全局快速收敛的特性,和传统的终端滑模制导律相比,本文方法可以在更短时间内以更高精度的攻击角度对目标实施打击.大量的仿真算例表明了本文制导律的有效性.     

EMS型高速磁浮列车自适应导向控制器设计

EMS型高速磁浮列车导向系统的工作条件变化范围大,采用一般方法设计的控制器无法在整个工作范围内保持一致的控制性能。为了解决这个问题,研究了自适应导向控制器的设计方法。首先,建立了导向系统的数学模型,通过设计电流环使模型降阶;并分析了导向系统参数的变化原因及特性,在此基础上采用自校正的自适应控制理论,设计了参数自适应的导向控制器。仿真结果表明,该控制器较好地解决了导向系统在整个工作范围内特性不一致的问题。