空基动能拦截弹制导控制系统综述

弹道导弹在未来战争中具有很大的威胁,利用空基动能拦截弹拦截处于助推段飞行的弹道导弹是世界各国正在研发的先进拦截技术之一。系统地论述了空基动能拦截弹的发展现状,构建了弹道导弹助推段拦截的作战流程,分析了弹道导弹在助推段的飞行特性,探讨了动能拦截弹制导控制系统的研究进展,在此基础上,重点指出了动能拦截弹制导控制设计需要解决的一些问题。     

SQP方法在最优中制导律中的应用

针对传统动态优化算法计算效率低的缺点,引入了序列二次规划(SQP)优化算法.介绍了SQP算法的理论基础,把动态优化问题转换成SQP可以应用的静态参数优化问题,针对飞行器中段制导这一具体实例进行了数字仿真.仿真过程表明,SQP可以高效地求解最优中制导律问题,与其它优化算法相比具有灵活性,工程上具有一定的应用价值.     

动能拦截弹三维末制导律设计

通过非线性系统反馈线性化得到动能拦截弹的精确线性模型,根据动能拦截弹脱靶量分析结果和制导精度要求,结合直接力控制特点,设计了拦截弹三维末制导律。仿真验证了所设计制导律的有效性,满足拦截高空高速目标的技术需求。     

带扰流片旋转稳定弹制导律研究

针对带扰流片旋转稳定弹转速很高造成运动响应方向与控制力作用方向存在偏差,导致制导方法设计困难的问题,为发展适用于带扰流片旋转稳定弹的制导方法,提出了一种基于速度追踪和参数优化的制导律。根据带扰流片旋转稳定弹的六自由度弹道模型,仿真分析了在制导律作用下弹丸的弹道特性和命中精度。仿真结果表明:所设计的制导律能够导引弹丸命中目标,满足控制精度要求,可有效减小干扰条件下的落点散布,提高射击密集度,且控制过程中扰流片方位角变化平缓,易于实现。     

空基动能拦截弹制导控制系统建模与仿真

为研究用于弹道导弹助推段拦截的空基动能拦截弹的制导控制系统,探讨了弹道导弹助推段拦截的作战过程,建立了弹道导弹助推段飞行的弹道模型;根据弹道导弹在助推段的飞行特点,建立了动能拦截弹制导控制系统模型,其中包括拦截弹结构模型、动力学与运动学模型、相对运动模型、传感器测量模型、复合制导模型和直接力/气动力控制模型。在Matlab/Simulink环境下开发了弹道导弹助推段拦截的数字仿真系统,并对仿真结果进行了分析。仿真结果验证了模型的合理性,可为空基拦截弹制导控制系统的设计提供参考。     

弹道修正弹追踪制导律研究

文中对速度追踪制导律和弹体追踪制导律的工作原理进行了研究,利用六自由度弹道仿真程序对弹道修正弹两种追踪方式下的末段修正弹道和脱靶量进行了对比计算,研究了两种追踪方式下激光探测器光轴的轨迹及激光探测器空间视场在地面投影区域的变化;弹体追踪方式命中精度虽然较低,但由于工程实现简单、成本低,仍有其工程使用价值.     

动能弹垂直侵彻混凝土相似律的数值模拟研究

基于相似理论,文中分析了动能弹丸对混凝土进行侵彻的相似参数,建立了动能弹侵彻混凝土靶板的相似关系,选用不同模拟比的模型弹建立数值仿真模型,应用显式有限元程序LS-DYNA对所建立的模型进行了数值模拟。模拟结果表明模型弹和原型弹对混凝土的侵彻满足侵彻相似律。     

杆式动能弹侵彻参数优化设计与仿真

为了解决杆式弹初速度、弹体密度以及着靶倾角对弹体侵彻移动靶板侵彻性能的影响,寻找出弹体侵彻性能最优时的参数组合,利用正交试验原理建立了9种不同的正交方案,通过ANSYS/AUTODYN有限元软件针对这9种不同参数进行有限元数值模拟,根据穿甲效应原理选取弹体速度损失率和偏转角为试验指标,采用灰色关联原理分析了杆式弹初速度、弹体密度等动能弹参数对试验指标的影响关联程度,并对其进行优化,得出了以单项试验指标和多项试验指标为优化目的的参数组合;优化结果表明:动能弹参数初速度为1 300 m/s,弹体密度为18.6 g/cm3,着靶倾角为0°时杆式弹速度损失率可降低8％～91％,弹轴偏转角可减少27.8％ ～ 87.1％,贯穿移动靶板的性能最好.     

一种基于神经网络的最优中制导律

对于中远程导弹中制导段,提出了一种基于神经网络的最优中制导律,这种制导规律通过离线学习,能够在线实时工作.研究和仿真分析表明这种基于神经网络的最优中制导律与其他末制导律配合,可有效提高导弹拦截机动目标的性能.     

一种神经网络最优中制导规律的工程实现方法

对于中远程导弹中制导段,提出了一种基于神经网络的最优中制导律工程实现方法,这种制导规律通过离线学习,能够在线实时工作.以垂直平面为例,分别使用BP神经网络、RBF神经网络和ELMAN神经网络形成最优中制导规律,比较了这些规律各自的优缺点.     

大气层外动能拦截器顺轨拦截制导律设计

在分析中段拦截弹道导弹的优势和特点的基础上,提出顺轨拦截弹道导弹的方案.阐述顺轨拦截的概念,建立用于顺轨制导的弹道导弹和拦截器相对运动模型,基于二阶滑模控制理论设计二阶滑模非线性制导律.通过拦截器拦截弹道导弹的数字仿真验证了制导模型和制导律的正确性.     

基于虚拟导引头的航空炸弹最优制导律研究

为消除卫星制导高度误差的影响,从而提高命中精度,卫星制导炸弹最优制导律必须满足大弹着角约束条件。文中在分析航空制导炸弹信息获取的基础上,提出并建立了卫星制导虚拟导引头数学模型;基于该虚拟导引头,研究了带有弹着角约束的最优制导律,并进行了六自由度全弹道仿真。仿真结果证明,该制导律响应速度快,弹着角性能提高约60%,具有较好的制导精度,同时制导参数设置简单,易于工程实现。     

无动力动能弹命中角约束变结构导引律研究

基于变结构控制理论推导得出一种命中角约束下的导引律。以某型动能弹为例,分别针对固定目标和慢速移动目标开展了弹道仿真。计算结果发现,无论是打击固定目标还是慢速移动目标,动能弹都能够以指定的终端角度准确命中,而且命中目标时,动能弹的攻角和侧滑角均保持为0°,有利于提升动能弹的打击效果。动能弹在整个过程中,过载、攻角和侧滑角均满足限制条件,说明该弹着角约束导引律是可行的。     

远距空空导弹最优中制导律研究

远距空空导弹一般采用冲压发动机作为巡航段的动力装置,因此在进行远距空空导弹中制导律研究时必须充分考虑冲压发动机的特性.本文以使用冲压发动机的远距空空导弹为应用背景,首次提出利用动态规划方法研究导弹的最优中制导律,给出的计算实例证实了提出方法的正确性.     

动能拦截临近空间飞行器的复合制导律设计

针对临近空间飞行器进行拦截,设计了一套复合制导律,并给出各制导段间的交班条件及参数设计。考虑临近空间飞行器典型的机动方式,对目标进行拦截仿真,对比分析了拦截弹采用复合制导律和比例制导律的仿真结果,以及交班对拦截的影响,实现了动能拦截临近空间飞行器。     

制导深弹作战效能评估方法

针对制导深弹的工作过程十分复杂,且各动作过程受到各种随机因素影响很大的情况,在介绍国内外研究现状的基础上,提出了制导深弹的作战效能评估方法,初步建立了制导深弹作战方法及攻潜效能的物理数学仿真模型。该方法将为制导深弹系统的作战使用方式提供理论指导,并为建立相关的测试技术规范打下基础。     

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。     

制导滑翔炸弹的最优末制导律研究

以滑翔制导炸弹为背景,利用最优控制理论,结合求解状态转移矩阵的方法,推导了一种具有末端姿态角约束的最优末制导律.该末制导律保证了脱靶量和控制能量消耗最小的性能指标,适用于攻击地面固定目标.通过数字仿真,并与有末端姿态角约束的修正比例导引律进行对比.仿真结果表明该最优末制导律在满足制导精度要求下提高了末端入射角.     

基于田口方法的弹道修正弹参数优化

武器系统参数优化方法往往比较复杂,而田口方法是一种基于正交实验的工程化的稳健设计方法。文中利用田口方法对弹道修正子弹的设计参数和运动参数在选定范围内进行多参数匹配,以脱靶量为输出特性值形成多组优化方案,然后对各方案进行二次优化,最终得到优化参数。优化参数和原始参数的数值仿真结果表明采用优化参数后子弹性能得到提高,说明文中方法在工程上是一种有效的方法,可为解决类似问题提供一种新的思路。     

智能化最优滑模制导律研究

针对机动目标的空间拦截问题,文中介绍了一种对参数摄动和外干扰具有鲁棒性的最优滑模制导律,并对其智能化实现方法进行了研究.仿真结果表明,这种智能化的最优滑模制导律对于机动目标具有较好的拦截效果.