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...     

多导弹攻击时间与攻击角度两阶段制导

提出了一种新的多导弹攻击时间与攻击角度制导,其制导过程分为精确时间及粗略角度控制阶段和精确角度控制阶段。第一阶段:先将攻击时间控制问题转化为攻击距离跟踪问题,并将导弹导引模型转换为以弹目距离为输出的二阶非线性模型;然后估计各枚导弹到达时间,并据此指定攻击时间,再由指定攻击时间来设计期望的弹目距离;最后对此攻击距离跟踪系统采用时标分离的方法设计慢子系统和快子系统,针对这两个子系统分别进行动态逆设计,同时考虑对攻击角度进行粗略控制。第二阶段:在第一阶段控制的基础上,进一步采用变结构制导律,实现对攻击角度精确控制。另外,本文给出了一种考虑攻击角度的攻击时间确定方法。仿真结果验证了本文给出方法的有效性。     

一种有攻击角约束的三维有限时间导引律

为解决目标加速度信息未知且存在攻击角约束的三维末端制导问题,提出一种基于非线性观测器的有限时间导引律,使得弹目视线角可在有限时间内收敛至期望攻击角.首先,提出一类非线性观测器,利用导引系统中易测量的位置和速度等信息来估计目标加速度,理论分析给出了观测器稳定的充分条件;然后,利用目标加速度估计值,基于有限时间稳定理论和滑模变结构控制理论设计一种有限时间导引控制律,使三维末端导引系统的弹目视线角可以在有限时间内收敛到期望攻击角.通过分析观测误差对导引系统有限时间特性的影响,表明该方法满足工程实践需求;最后,分别对加速度为匀变速和变加速的两类变速目标进行了数值仿真,并与传统比例导引法进行了对比,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性.研究表明,利用非线性观测器可以稳定地估计目标加速度信息,进而利用该观测器给出的目标加速度信息设计滑模变结构有限时间三维导引律,利用该方法可以有效地解决三维末端制导过程中存在目标加速度信息未知且存在攻击角约束的难题.     

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。     

基于有限时间一致的靶机协同中制导律设计

针对多靶机集群供靶的协同中制导问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同中制导律。建立靶机-目标的相对运动方程及考虑视线角约束的多靶机协同制导模型。对视线方向及法向分别设计了相应协同制导律。在视线方向基于多智能体一致性理论设计了固定时间协同制导律,通过引入速度维度确保各靶机能够同时到达;基于有限时间可变系数滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各靶机视线角能在有限时间收敛至期望值且在接近终点时有一定机动能力,并通过Lyapunov稳定性理论证明系统的收敛性。仿真结果表明,所设计的协同中制导律可使各靶机以较小的脱靶量同时到达虚拟目标且满足视线角约束,验证了其有效性。     

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。     

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。     

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.     

顺/逆轨拦截高速目标制导律性能对比研究

负比例制导(Retro-proportional Navigation,RPN)是一种新的制导律研究成果。使用负比例系数,顺轨拦截目标加速度方向与传统的比例制导(Proportional Navigation,PN)相反。推导了PN/RPN的线性形式及逆/顺轨拦截时的物理量差异,给出了比例系数的范围,以及所能拦截目标的速度范围;用伴随法分析了航向角误差、目标加速度对脱靶量的影响;最后通过仿真分析了PN/RPN的捕获区域及弹道特性。     

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。     

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.     

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.     

Trajectory shaping guidance law with terminal impact angle constraint

In order to strike hard targets underground or warships and tanks with expected impact angle by missiles or guided bombs,trajectory shaping guidance law with terminal position and impact angle constraints is derived based on linear quadratic optimal control theory.The required acceleration expressed by impact angle and heading error is obtained in lag-free guidance system in order to find the optimal relationship of those angles in terminal phase.The adjoint systems of miss distance and impact angle error of first-order guidance system are established based on statistical linearization adjoint method(SLAM)in order to study the impact performances of the guidance law.Simulation results show that the miss distance and impact angle error of trajectory shaping guidance law are both according with the impact position and angle constraint and the required acceleration at impact can be decreased by an optimal relationship of impact angle and heading error.     

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.     

气动辅助异面变轨问题中近最优导引律解

研究了异面低地轨道（LFO－LEO）变轨过程中,气动辅助轨道转移飞行器（简称AOTV）在大气内飞行的量优闭环导引律的一种设计方法,对气动辅助道转移飞行器大气内飞行的动力学模型进行合理的简化和近似,将AOTV燃料最省的指标转化为大气出口速度极大条件的性能指标,然后应用最优控制理论,经数学推导得到了控制变量与飞行器状态的解析关系,即AOTV近最优导引律,数学仿真验证了所设计的导引律是正确可行的。