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.     

Integrated Game Based Guidance with Nonlinear Autopilot Design for Maneuvering Target Interception

The integrated game theory based guidance law with nonlinear autopilot (GGNA) system is presented in this paper. The guidance law is designed based on linear differential game theory while considering the motion of the target in 3‐D space such that the distance between the missile and the target is minimized faster than before. The autopilot system based on quaternion representation is developed using sliding mode control method to generate the attitude command. The stability of the integrated guidance and nonlinear autopilot system is analyzed with Lyapunov stability theory. In addition, this research assumes wingless missiles in our context in order to reduce the nonlinear effect from the aerodynamics. Furthermore, in order to extend the operation range of missiles from endo‐atmosphere to exo‐atmosphere, the missiles are equipped with Thrust Vector Control (TVC) mechanisms and Divert Control System (DCS). Finally, extensive simulations incorporating aerodynamic models are demonstrated to verify the validity of the proposed integrated guidance/autopilot systems. Moreover, the simulation results reveal that the mission of intercepting a maneuvering target is successfully accomplished.     

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RTK定位的差分卫星引导技术研究

实时动态定位(RTK)是一种基于卫星载波相位观测值的实时动态定位技术,理论成熟,应用广泛,并具有精度高、可在全球和全天候使用等特点。为满足舰载无人直升机全自主精确着舰的要求,机载端引导系统需要获取移动甲板精确的相对位置。针对以上应用场景和要求,对基于RTK定位的差分卫星引导技术进行了研究,包括系统总体设计、RTK算法设计和软硬件实现。通过对舰面试验和飞行试验进行验证,表明所设计的系统在无人直升机着舰过程中能提供0.03 m以内的定位精度,满足全自主着舰要求。     

强化学习在导弹制导中的应用

阐述了强化学习的基本原理和特点,讨论了强化学习中评价函数的神经网络近似问题,重点分析了采用多神经网络近似评价函数的学习问题,实现了状态空间或任务的自动分解,提高了评价函数的推广能力,网络的学习是离线进行,并作为反馈控制器在线应用,并以A－学习为例,将强化学习应用于导弹的制导问题,仿真结果表明了强化学习在导弹制导或控制问题中的应用前景和有效性。     

基于模糊微分对策多机空战组内协同的U解

鉴于协商微分对策多具有强非线性和不确定性特点,为避免非线性问题等带来求解上的困难和能处理不确定信息,基于T-S模糊微分对策的思想,对非线性的基于Utilitarian解(简称U解)的协商微分对策的状态方程和性能分别进行了模糊化和二次型化,构造出面向U解的协商微分对策的模糊线性化模型,研究了协商U解模型中加权系数的确定,并进一步探讨了在模糊线性协商微分对策系统下相应于U解的控制器的设计方法.研究工作和仿真结果可以说明,相对于Nash协商解,协商理论的U解更能反映整体效果,更易于推广.     

模糊协商微分对策及其折中解

对于协商问题，为避免非线性问题带来求解上的困难并且使其能够处理不确定信息，基于T-S模糊微分对策的思想，构造出协商微分对策的模糊线性化模型．进一步探讨了在模糊线性协商微分对策系统下相应于折中解的控制器的设计方法．对一个2∶2对策问题做了仿真，其效果说明了解决问题方法的可行性．     

一种新的具有攻击角度约束的末制导律设计

研究导弹末制导性能优化问题,在末端要满足攻击角度的约束条件,要求优化空地导弹末制导命中目标精度性能.针对导弹和地面目标所形成动态系统的非线性运动学关系,通过分析导弹在终端命中点角度约束条件,并利用零化视线角速率的设计思想,根据滑模变结构控制理论,提出了一种非线性滑模设计方法,得到了具有攻击角度约束的导弹的末制导律.同时利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性.把末制导律应用于导弹系统并进行仿真,结果表明,在不需要任何目标运动信息的情况下,导弹都能获得期望的攻击角度约束和制导精度,证明导弹制导算法对地面目标有较强的鲁棒性.     

红外成像制导导弹飞行仿真研究

为了实现红外成像制导导弹更加逼真和更加有效的仿真从而验证优化红外成像制导导弹的制导效果,研究了红外成像制导导弹飞行仿真技术;讨论了导弹飞行仿真的基本要求和红外成像制导仿真系统设计的基本原理和设计方案,提出了导弹飞行效果的一些评价指标,并利用虚拟现实仿真技术实现了一个导弹飞行可视化仿真系统;分析了仿真实验结果,实验结果表明仿真系统基本满足红外成像制导导弹飞行仿真要求,在红外成像制导导弹的科学研究中有一定价值.     

基于微分对策的最优状态观测器和最优状态反馈控制器的设计

研究了线性系统基于二次型指标的最优状态观测器和最优状态反馈控制器的设计问题．将观测状态的状态反馈和状态误差的输出反馈分别作为两个对局方,应用微分对策理论研究了系统的最优控制问题．给出了最优状态观测器和基于状态观测器的最优状态反馈控制的存在性条件．将系统的最优状态观测器和最优控制器的设计问题转化为一对Riccati方程的求解问题．研究表明最优状态观测器在一般情况下不存在．并进一步研究了基于状态观测器的次优控制问题,给出了基于LMI的优化算法．     

On an Optimized Fuzzy Supervized Multiphase Guidance Law

Proportional navigation (PN) is an effective guidance law in chasing a constant speed target. However, intercepting a maneuvering target requires extra provisions to contain target acceleration. This is observed in the next generation of guidance laws, namely augmented proportional navigation (APN) and the optimal guidance law (OGL). The other advanced guidance method is integral sliding mode (ISM), which exhibits superb low miss distance (MD), but unfortunately at the cost of disappointing effective lateral acceleration (C_eff), higher than the modest level that APN and OGL demand. Reducing both MD and C_eff can be achieved using a multiphase algorithm. A setup of APN, OGL and ISM is proposed to integrate the strength of each and overcome their weaknesses. Hybrid algorithm smooth management is conducted by an optimally tuned fuzzy supervisory controller. The results indicate that in facing a constant acceleration target, an APN‐ISM twin yields the best results, while in case of a constant jerk target an APN‐OGL‐ISM triplet renders excellent interception. Miss distance as low as 0.012m can be achieved with significantly lower control effort than required by ISM alone. The simulations results confirm the conclusions and illustrate the capacity of the algorithm in combating maneuvering targets.     

基于微分博弈的移动目标防御最优策略

目前,针对移动目标防御最优策略研究大多采用经典单/多阶段博弈和Markov博弈模型,无法在连续实时网络攻防对抗中进行灵活决策.为实现实时选取最优移动目标防御策略,在研究节点级传染病模型与微分博弈理论的基础上,提出了一种移动目标防御微分博弈模型,对网络空间重要节点构造安全状态演化方程与攻防收益目标函数,并设计开环纳什均衡求解算法以得出最优防御策略.仿真结果表明,该方法可有效对网络攻击进行实时防御,并且可针对网络关键节点制定相应移动目标防御策略.     

基于滑模控制的导弹制导系统设计

对传统的导弹制导系统进行改进设计,改善导弹的路径跟踪效果。首先引入Dubins曲线对导弹进行航迹规划进行,并基于滑模控制进行导弹制导策略的设计,自动驾驶仪系统采用级联比例积分控制器。Dubins曲线能为导弹创建更平滑的参考轨迹,减少导弹的超冲运动与振荡现象。滑模控制通过计算导弹与参考轨迹的相对距离,获得参考方位角,进而实现对参考轨迹的跟踪,能够提高制导系统响应速度、抗干扰能力。对导弹跟踪路径效果进行仿真,对比引入dubins曲线前后导弹的跟踪轨迹的误差与振荡现象,证明了引入dubins曲线对于导弹的路径规划工作具有显著帮助,并对结果中的一些现象进行了讨论。并已dubins曲线作为仿真路径,对传统比例制导策略和改进型滑模控制制导策略的仿真结果进行对比,证明了改进型制导系统设计的可行性,并对其路径跟踪表现的特点进行了讨论。     

一个基于3D游戏引擎的虚拟展示方案

虚拟展示的发展代表了当今布展方式发展的趋势，而3D游戏引擎的发展代表了当今计算机技术发展的趋势。文中揭示了隐藏在游戏引擎中的一些技术细节，描述了基于游戏引擎的虚拟展示方案的主要特点，阐述了利用3D游戏引擎来实现虚拟展示的设计构想，并通过一个基于开放的游戏引擎Crystal Space的展示方案实例验证了这一构想的可行性。总之，基于3D游戏引擎的虚拟展示方案是一种行之有效的虚拟展示方案。     

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。     

线性二次微分对策鞍点策略的小波分析法

研究线性二次微分对策鞍点策略的数值求解问题,基于小波多尺度多分辨逼近特性,提出一种求解新方法。该方法将原问题转化为代数问题,算法简捷明了,适合于计算机求解。数值例子表明该方法是合理而可行的。     

基于微分博弈的追逃问题最优策略设计

本文设计了基于线性二次型微分博弈的多个攻击者、多个防御者和单个目标的追逃问题最优策略. 首先, 针对攻防双方保持聚合状态的情形, 基于攻击方内部、防御方内部以及双方之间的通信拓扑, 分别给出了目标沿固定轨迹运动和目标采取逃跑时攻防双方的最优策略. 其次, 针对攻防双方保持分散状态的情形, 利用二分图最大匹配算法分配相应的防御者与攻击者, 将多攻击者、多防御者追逃问题转化为多组两人零和微分博弈, 并求解出了攻防双方的最优策略. 最后, 数值仿真验证了所提策略的有效性.     

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。     

基于粗糙逻辑(RL)的微分对策理论

针对微分对策在实际应用上的困难,引入粗糙控制这一新颖的人工智能方法。粗糙集理论能刻画和处理不完整、不精确信息。在简略介绍了粗糙集、粗糙逻辑和粗糙控制大致思想的基础上,尝试将粗糙逻辑和粗糙控制引入微分对策,以追逃问题为例,初步探索了粗糙微分对策模型的建立方法。该对策模型体现了控制算法简单、迅速和易于实现的优点,也降低了微分对策要求精确数学模型和完备信息的困难。同时也将粗糙控制和模糊控制做了简单的比较。     

一种基于零脱靶量的最优制导律设计

基于导弹和目标的三维相对运动关系,提出了一种三维非线性的最优制导律.在导弹和目标的三维相对运动方程的基础上,区别于以往的以视线角和视线角速率作为状态变量的方法,而采用以相对距离和相对速度作为状态变量的方法建立了一种新的状态方程,然后基于零脱靶量的思想,利用最优控制相关理论,设计了一种三维非线性的最优制导律.分别针对匀速运动的目标和大机动目标,用所设计的制导律和比例导引律分别进行了数学仿真,结果表明,所设计的最优制导律能有效地拦截机动目标,其性能优于比例导引律.