微分几何制导律及其捕获性能分析

针对非线性相对运动情形下的机动目标拦截问题,采用瞬时碰撞点思想,对时间求导,重新推导了微分几何制导律,并给出了目标捕获的充分条件.分别采用直线分割法和圆分割法对相对速度空间下的捕获区域进行分割,推导相应的捕获条件,并证明了2种方法的一致性.对初始点位于不同捕获区域的机动和非机动目标的拦截进行了仿真.结果表明该制导律可以实现目标的有效拦截,验证了目标捕获的条件.     

弹道导弹主动段拦截导引律研究

处于主动段的弹道导弹具有很大的纵向加速度,常规的制导律很容易因为提供的爬升能力不足,使拦截弹在拦截末端陷入尾追,而导致拦截失败,对此,文章分别设计了能够克服目标纵向加速度的中制导律和末制导律。在中制导律的设计中,首先采用了对基于零脱靶量的中制导律引入目标运动补偿项的方法,设计了一种中制导律,此外结合空基反导的特点,通过控制弹目相对高度差和相对偏航距离为零达到控制视线角速度的方法,设计了另一种中制导律。末制导律采用了滑模制导律,仿真结果表明文中所设计的制导律能够以很高的精度拦截目标。     

一种高超声速飞行器攻击意图预测方法

针对高超声速飞行器具有高机动性难以对其飞行轨迹进行预测的问题,提出一种基于高超声速目标运动特性的攻击意图预测方法。首先分析了高超声速飞行器的3种运动特性:飞行器运动状态的马尔可夫过程模型、航迹偏航角和可达区域; 然后采用动态贝叶斯网络的推理方法对高超声速飞行器与攻击目标之间的攻击关系进行推理,以实现攻击意图预测; 最后进行了仿真实验。实验结果表明, 基于运动特性的动态贝叶斯网络能够对攻击意图进行预测,提出的意图预测方法具有良好的实时性和有效性。     

攻击机动目标的最优导引规律研究

针对纵轴方向没有轨控发动机的ＫＫＶ,建立空间拦载的线性运动学模型,通过采用新的剩余时间计算方法,提出了拦截任意机动目标的最优导引规律,最后,分别采用最优制导律和比例导引,对平面拦截过程进行计算机仿真。仿真结果表明,最优制导律和比例导引相比更能有效地拦截机动目标。     

机动高速目标的全向拦截制导律研究

针对机动高速目标拦截制导问题,建立了全向拦截机动高速目标的相对运动方程,推导并设计了能同时进行顺轨和逆轨拦截的全向真比例(OTPN)制导律,无需对目标加速度的估计和增加修正项即可满足对机动目标的拦截制导,能有效避免目标机动参数估计误差对制导精度的影响。数值仿真结果验证了OTPN拦截制导律可有效拦截机动高速目标,同等初始条件下,OTPN在捕获范围、弹道特性、过载变化、总控制量等拦截参数上均优于传统的经典比例、负比例及其扩展制导方案。     

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.     

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。     

空基反助推段导弹制导技术综述

为研究空基反助推段导弹的发展现状和拦截制导面临的关键技术与挑战,对空基反助推段导弹相关的文献进行了分析与总结.空基反助推段导弹由载机发射,对处于助推段飞行的导弹实施拦截,是导弹防御体系的重要组成部分.首先概述空基反助推段系统、导弹和制导技术的发展现状,介绍了典型系统方案的作战流程、拦截弹的结构与性能以及国内外助推段拦截制导技术的研究进展.其次分析了空基助推段拦截制导面临的诸多挑战,体现在拦截弹能力有限、可用时间短、目标机动性强、拦截条件复杂和不确定性强等方面.然后提出了空基助推段拦截制导需要解决的关键技术,包括动力系统配置、发射诸元快速解算、制导指令在线修正、中末制导交班方案和拦截机动目标的高精度制导律等技术.最后总结未来空基助推段拦截制导技术的发展方向为:在线制导、高精度多模复合制导、智能化和协同制导.研究表明:空基反助推段导弹制导技术尚在发展阶段,还存在一些关键问题亟需研究解决,同时,自主规划、人工智能等理论可为关键技术的突破提供参考.     

纯比例导引律解析解与三维碰撞角约束制导

为提高空地导弹碰撞角约束制导的精度和鲁棒性,增强其对防空系统的突防能力和对目标的打击效果,基于纯比例导引律（pure proportional navigation,PPN）拦截固定目标的解析解,提出了一种新的三维碰撞角约束制导律（three-dimensional PPN-based impact-angle-control guidance law,3D-PPNIACG）。首先,基于PPN拦截固定目标解析解,分析了基于PPN的二维碰撞角约束制导律（two-dimensional PPN-based impact angle constraint guidance law,2D-PPNIACG）的拦截制导性能,包括最大过载、能量消耗与捕获区域。其次,基于2D-PPNIACG和三维拦截制导的垂直分解方法,结合对空间几何关系的深入分析,提出了控制铅垂面内落角和水平面内碰撞角的三维碰撞角约束制导律（3D-PPNIACG）,并对该制导律的实用性和鲁棒性进行了充分讨论。最后通过数值仿真,验证了3D-PPNIACG在碰撞角约束制导中的有效性和鲁棒性。研究和仿真结果表明,所提出的3D-PPNIACG结构简单、易于实现、鲁棒性好,在考虑测量误差、动力学响应延迟等现实因素的情况下,可有效实现水平面内的碰撞角约束制导和铅垂面内的落角约束制导,具有良好的应用前景。     

雷达框架角约束下高空巡航导弹末制导策略

由于独特的气动外形特点和结构布局,高空巡航导弹的雷达框架角处在一定范围内时天线罩将会出现反射波屏蔽问题,造成制导盲区。为此,本文提出了一种闭环目标估计-开环预测-闭环再修正的综合制导策略。根据制导距离与盲区时间长短的关系确定最佳制导距离。在进入框架角盲区之前,采用非线性最小二乘法对目标运动状态进行估计,获得目标运动的速度和初始位置信息;进入盲区后,通过估计结果对目标位置进行预测,利用目标预测位置解算出弹目信息带入制导律进行开环制导;飞离盲区后继续采用真实弹目信息进行闭环制导。数学仿真结果显示了所提策略的有效性和优越性。     

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。     

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,故利用该理论构造关于视线角误差的滑模面,设计了一种无奇点的攻击时间和攻击角度控制制导律.该制导律可使导弹的实际视线角按照设计的理想视线角变化,使导弹满足攻击时间和攻击角度的双重约束.通过理论分析,证明了该制导律满足Lyapunov稳定性条件,能够实现攻击时间和攻击角度控制且不存在奇点.在多种情形下对所设计制导律进行了数值仿真.仿真结果表明,采用该制导律可在不同条件下有效实现导弹的攻击时间与攻击角度控制,与现有文献相比具有一定优势,当存在一定程度的外界干扰时仍能完成攻击时间和攻击角度控制.     

基于ANSYS／LS—DYNA的垂直遮障拦截制导武器仿真研究

通过对以巡航导弹和精确制导炸弹为代表的制导武器进行分析和合理假设后，提出使用垂直遮障拦截低空突袭制导目标的构想。建立了制导武器、垂直遮障和碰撞过程的总体模型。并采用ANSYS／LS-DYNA软件对9种不同模型参数的拦截过程进行仿真。仿真验证了2种不同参数的遮障模型可以不被制导武器贯穿。     

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。     

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。     

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。     

一种自适应高超声速目标跟踪算法

根据临近空间高超声速目标运动特点,建立了临近空间高超声速目标飞行模型.在Singer模型基础上,针对跟踪临近空间高超声速目标时采样时间为一定值的缺点,运用交互多模型算法,并引入跟踪采样时间间隔实时递推公式法,提出了一种采样时间自适应的高超声速目标跟踪算法.仿真实验表明,相比改进前的算法,新算法虽然在初始阶段因为采样初始值设置不合理,造成局部误差相对比较大,但总体上来看,改进后算法在跟踪精度上明显优于改进前算法.     

飞行时间约束下的再入制导律

为应对现代战场的信息化与集群化发展趋势,从多高超声速飞行器饱和打击任务需求出发,针对其中的再入飞行时间约束条件进行研究,提出一套基于Deep Q-learning Network(DQN)的时间可控再入制导律.该制导律工作流程为首先纵向轨迹预测-校正模块根据当前飞行状态和攻角-速度剖面规划出倾侧角幅值;然后在线约束强化管理模块对其进行安全限幅处理;最后倾侧角符号规划模块以调节再入飞行时间为目标,在对横向飞行状态进行马尔科夫决策过程建模的基础上,设计相应的深度神经网络进行离线训练以在线生成倾侧角符号,进而与幅值信息共同组成最终的倾侧角指令.多组仿真的对比分析结果表明:在标称环境下的多任务仿真中,时间可控再入制导律能够自主地进行倾侧角符号的在线规划,在不影响制导精度的前提下,对再入飞行时间进行调整以满足不同的任务需求;在参数拉偏的蒙特卡洛仿真中,其在保证再入飞行安全、稳定的同时,仍然能将时间误差控制在合理的范围之内.从而验证了相对于传统方法而言,本研究所设计的再入制导律在任务适应性、鲁棒性与时间可控性等方面均具有良好表现,能够有效地满足飞行时间约束下的再入任务需求.     

高超声速巡航导弹等速巡航段探测概率建模研究

为提高高超声速巡航导弹等速巡航段的探测概率,分析了高超声速状态下高超声速巡航导弹等速巡航段探测能力,并对探测概率的计算进行了研究,建立了等速巡航段运动模型、预警卫星探测概率模型、远程相控阵雷达探测概率模型与综合探测概率模型.仿真结果表明:预警卫星在低光谱透射率条件下探测能力较差,远程相控阵雷达受光谱透射率影响可忽略;两者同时探测巡航段,低光谱透射率下提高了探测概率,增长了预警时间,提高了预警系统对等速巡航段探测能力.     

指向预测命中点的最短时间制导

拦截时间最短为指标函数的最优制导策略要求导弹沿命中点视线方向飞行,但制导指令形成方式并未得到有效解决。根据最短时间制导策略原理,以相对预测命中点的制导误差渐进收敛为条件设计了新的制导算法,解决了非线性拦截系统最短时间拦截制导策略的指令形成问题。针对末制导系统信息来源和拦截系统参数变化特点,提出了简化算法。新的制导算法能够保持最短时间拦截策略的最优性,适合大离轴角发射情况下对高机动目标的拦截。仿真结果表明新制导算法确实具有拦截时间短,脱靶量小的优点。