具有落角约束的弹道导弹再入末制导律设计

针对弹道导弹再入段带有终端落角约束的末制导问题,本文基于最新发展起来的模型预测静态规划技术,设计一种既可以精确地打击地面目标、又可以满足终端碰撞角要求的非线性次优制导律．本文针对弹道导弹打击地面静止目标和机动目标等飞行场景进行了数值仿真,仿真结果表明:采用该制导律可以使在整个再入飞行场景中控制能量较小．与其他具有落角约束的制导律相比,该制导律并没有对非线性运动模型采用线性化的假设,且其计算复杂性明显低于基于最优控制的终端角约束制导律．     

基于扩展滑动模态控制的末制导律设计

对于三维目标拦截问题，提出了一种新的具有鲁棒性的扩展连续滑动模态末制导律。基于变结构控制理论的方法和零化弹目视线角速率的思想，选择一个合适的滑动区域代替传统变结构滑动模态的设计，同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动。设计得到了具有鲁棒性的三维扩展的连续滑动模态末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了扩展的连续滑动模态末制导律在滑动区的可达性和渐近稳定性。该方法简单，易于理解，便于工程应用，数字仿真验证了所提出的制导律更适合拦截大机动目标。     

拦截大机动目标自适应模糊制导律

为了满足拦截高速大机动目标、高精度制导的需要,将制导律设计问题转化为反馈控制问题,基于模糊控制理论,提出了一种解析描述模糊控制规则的新型自适应模糊导引律.该模糊控制器将比例制导律指令及其微分作为模糊控制的输入量,模糊控制规则及模糊推理用解析式表达,易于计算、调整,适合实时在线控制.该导引律能够根据目标加速度和目标速度的变化自适应地改变模糊控制规则,因此具有较强的鲁棒性.对拦截高速大机动目标的大量仿真结果表明,所提出的导引律在脱靶量、拦截时间等指标方面显著优于传统的比例导引律.     

基于Nussbaum-type增益技术的末制导律设计

针对三维目标拦截问题,文章提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性末制导律。基于弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统的有界扰动,建立了三维弹目相对运动的数学模型。并应用Nussbaum-type增益技术,基于零化弹目视线角速率的思想,提出了一种全局非线性稳定控制策略,得到了连续的非线性末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了在有限时间内弹目视线角速率收敛到适当小的范围内,实现末制导系统的稳定性。数字仿真表明和比例导引律相比,这种制导律对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

平面微分几何制导律应用研究

分析了微分几何制导律在战术弹道导弹拦截场景中的捕获条件和捕获能力.首先根据古典微分几何中的曲率理论将微分几何制导曲率指令从弧长体系转换到时域下,然后给出了指令攻角的算法和微分几何制导律,最后推导出拦截高速目标时的初始必要捕获条件.仿真结果表明,微分几何制导律可以应用于战术弹道导弹拦截场景,且与比例导引律相比,该制导律对变机动目标具有更强的鲁棒性.     

拦截高速运动目标广义相对偏置比例制导律

针对经典比例导引法在末制导阶段拦截高速运动目标时捕获域较小、无法有效利用导弹机动能力及难以实现碰撞角约束等问题,提出了一种广义相对偏置比例制导律。为扩大经典比例导引律的捕获域及提升其对导弹的机动利用能力,设计了一个时变导引系数,使所提制导方案可综合比例及反比例2种导引律的优势。为实现对高速运动目标的定向打击,引入了相对偏置比例,通过控制相对飞行轨迹角以实现对碰撞角的约束。为提升制导方案在拦截高速机动目标时的性能,在制导指令中对目标机动影响进行了补偿。数值仿真结果验证了该制导方案相比于经典的比例导引法具有更大的捕获域和过载利用度,以及较强的碰撞角约束能力。     

离散自抗扰变结构末制导律设计

针对未来导弹拦截高速大机动目标高精度制导的需要,为使导弹制导系统具有良好的鲁棒性和精确性。提出了一种离散自抗扰变结构末制导律。首先利用自抗扰控制器中跟踪微分器具有的良好滤波特性,对被噪声污染的视线角速率信号进行滤波。其次通过扩张状态观测器实时估计目标加速度。最后采用了一种基于幂函数趋近律的离散变结构制导律,幂函数趋近律能够有效减弱变结构控制系统中切换函数抖动问题。因此这种离散自抗扰变结构末制导律能够有效克服量测噪声和目标加速度不确定对制导系统的影响。通过对机动目标进行仿真,结果表明该方法可以对输入噪声滤波且对目标加速度实时估计,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

变轨迹制导律技术研究及发展动态

变轨迹制导律的设计是在现代空间飞行器、高超声速飞行器、导弹设计过程中的关键技术。将变轨迹制导律划分为带末端约束的末制导律及标称制导律,概述了2类变轨迹制导律的技术难点,对带末端碰撞约束角的末制导律、标称制导律的在线规划算法,以及标称制导律的轨迹跟踪方法进行了综述,并分析了其可能的研究方向。     

机动目标的鲁棒几何法导引律仿真分析

基于机动目标,以空间微分几何和李雅普诺夫稳定性原理为基础,通过仿真分析鲁棒几何法导引律在追击不同机动目标时的弹道。在不同发射角下追击相同目标时,比较比例导引法和鲁棒几何法两种导引律的弹道特性。仿真结果表明鲁棒几何导引法具有以下优点:不需要额外的测量信息,兼具比例导引律的易执行性和微分几何制导律对视线旋转抑制的有效性。该制导律可以拦截大机动目标,且性能优于现有的变系数比例导引算法,同时拦截过程中过载曲线变化更为合理,弹道平直不需要得到目标精确的加速度和速度方位信息,对目标机动具有强的鲁棒性。     

一种基于θ-D次优控制的三维末制导律设计

最优制导律在求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程时十分困难。θ-D方法是一种基于State Dependent Riccati Equation(SDRE)方法的新型次优控制方法,能够获得HJB偏微分方程的近似闭环解。针对最优制导律在求解HJB方程时十分困难的问题,文章在考虑导弹自动驾驶仪动态特性和末制导的三维真实拦截情况下,建立导弹和目标的三维相对运动方程,基于θ-D次优控制方法,经状态重定义后对模型方程的伪线性化处理,得到闭环形式的θ-D三维末制导律。为验证所提出制导律的制导性能,分别针对目标不机动和机动的拦截情况进行了数值仿真。仿真结果表明,相比自适应变结构制导律,文中设计的θ-D三维闭环末制导律能克服自动驾驶仪动态延迟对制导性能的影响;对于目标作大机动逃逸的情况,其制导性能更优。     

Extended trajectory shaping guidance law considering a first-order autopilot lag

To satisfy the terminal position and impact angel constraints, an optimal guidance problem was discussed for homing missiles. For a stationary or a slowly moving target on the ground, an extended trajectory shaping guidance law considering a first-order autopilot lag (ETSGL-CFAL) was proposed. To derive the ETSGL-CFAL, a time-to-go-nth power weighted objection function was adopted and three different derivation methods were demonstrated while the Schwartz inequality method was mainly demonstrated. The performance of the ETSGL-CFAL and the ETSGL guidance laws was compared through simulation. Simulation results show that although a first-order autopilot is introduced into the ETSGL-CFAL guidance system, the position miss distance and terminal impact angle error induced by the impact angle is zero for different guidance time.     

Differential geometric guidance command with finite time convergence using extended state observer

For improving the performance of differential geometric guidance command(DGGC), a new formation of this guidance law is proposed, which can guarantee the finite time convergence(FTC) of the line of sight(LOS) rate to zero or its neighborhood against maneuvering targets in three-dimensional(3D) space. The extended state observer(ESO) is employed to estimate the target acceleration, which makes the new DGGC more applicable to practical interception scenarios. Finally, the effectiveness of this newly proposed guidance command is demonstrated by the numerical simulation results.     

Time-to-go weighted optimal trajectory shaping guidance law

For maneuvering target,the optimal trajectory shaping guidance law which can simultaneously achieve the designed specifications on miss distance and final impact angle was deduced using optimal control theory based on the time-to-go weighted function.Based on the same cost function,the closed-form solutions of the guidance law were derived when the initial displacement of missile,final impact angle,heading error and target maneuver was introduced into the lag-free guidance system.To validate the closed-form solutions,the simulation of the lag-free system was done and the simulation results exactly matched the closed-form solutions and only when the exponent is greater than zero,the final acceleration approaches to zero.     

Three-dimensional nonlinear coupling guidance for hypersonic vehicle in dive phase

Three-dimensional (3D) nonlinear diving guidance strategy considering the coupling between longitudinal and lateral motions for hypersonic vehicle is investigated in this paper. It constructs the complete nonlinear coupling motion equation without any approximations based on diving relative motion relationship directly, and converts it into linear state space equation with the same relative degree by feedback linearization. With the linear equation, slide mode control with strong robustness is employed to design the guidance law, and 3D diving guidance law which can satisfy terminal impact point and falling angle constraints with high precision is obtained by substituting the previous control law into the origin nonlinear guidance system. Besides, regarding lateral overload as the standard, hybrid control strategy which can take full advantage of the excellent characters of both bank-to-turn (BTT) and skid-to-turn (STT) controls is designed to improve the guidance accuracy further. Finally, the results of CAV-H vehicle guidance test show that the algorithm can realize high accuracy guidance even if serious motion coupling exists, and has strong robustness to the path disturbances and navigation errors as well.     

多约束导引控制一体化的自适应鲁棒滑模设计方法

在攻击机动目标的末制导段, 为使舰炮制导炮弹能够同时满足攻击角、视线角速率测量受限、执行器控制饱和等多项约束, 基于自适应鲁棒控制与动态面滑模设计了一种导引控制一体化设计方法. 首先, 在纵平面内, 建立了弹体的导引控制一体化设计模型. 然后, 设计扩张状态观测器迅速准确地估计出视线角速率与目标机动等未知干扰. 其次, 运用自适应指数趋近律设计了非奇异终端滑模, 以确保视线角跟踪误差与视线角速率在有限时间内收敛至零. 进而, 结合自适应鲁棒项构造动态面滑模与虚拟控制量用以镇定串级系统并削弱变结构项的抖振. 进一步地, 通过设计自适应Nussbaum增益函数, 较好地补偿了由舵机偏转受限引入的控制饱和非线性问题. 运用Lyapunov稳定性理论严谨地证明了终端视线角跟踪误差、视线角速率的有限时间收敛性, 以及系统的一致最终有界性. 仿真实验表明, 所提出的设计方法能够使舰炮制导炮弹在打击具有不同机动形式的目标时, 均具备较好的导引控制性能.     

远程多用途导弹中段制导律

提出了一种用于远程多用途导弹的中间段制导律.该制导律分解为两部分,一部分是用在水平导引平面内的制导律,另一部分是铅垂导引平面内的制导律.该中段制导律与末段变结构比例导引律相结合完成整个制导过程.仿真结果表明该中段制导律能满足末段启控条件,使得中、末交班得以顺利完成.     

拦截导弹自适应动态滑模制导

对于平面拦截问题,提出了一种具有强鲁棒自适应性的动态滑模制导律。将目标机动视为一类具有有界扰动的不确定因素,以视线法向上的相对运动速度及其导数构筑滑模切换面,并基于Lyapunov稳定性理论进行制导律的设计,由于采用了动态滑模的思想,有效降低了抖振的影响。理论分析与数字仿真表明该制导律具有优良的弹道特性,可对连续高机动目标进行有效拦截,同时控制结构相对简单,易于工程实现。     

攻击时间和攻击角度控制的非奇异终端滑模制导律

为提高导弹的突防能力并增强毁伤效果,对导弹攻击时间和攻击角度控制问题进行了研究,以导弹和目标相对运动模型为基础,提出了一种非奇异滑模导引律.利用成型理论设计了以时间多项式描述的、同时满足攻击时间和攻击角度约束的导弹视线角表达式.采用优化方法确定表达式系数.由于非奇异终端滑模理论具有使滑模面能够在有限时间内快速收敛的特点...