系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。     

视场约束下攻击角度及时间控制三维协同制导

针对导弹有视场角约束、攻击角度约束以及攻击时间约束等多约束条件下的制导问题,基于虚拟命中点策略,提出了一种两阶段三维空间多约束协同制导律。基于障碍李雅普诺夫函数,设计了满足视场角约束的期望攻击角度的三维制导方案。利用快速迭代算法构造出满足期望时间约束的虚拟命中点,将制导过程分为满足视场角约束的期望攻击角度制导（FOV-constrained IACG）和比例导引制导（PNG）两个阶段。基于空间交战几何关系,给出了等效最大视场角计算方法,保证视场角全程满足约束。分析表明,当满足攻击角度约束和攻击时间约束后,对于静止目标可采用PNG制导继续满足上述约束。仿真结果表明,所提出的制导律能够解决三维空间中多弹对静止目标的期望攻击角度及时间,且满足视场角约束的协同攻击问题。     

带末端角度约束的多导弹协同制导律设计

为了实现饱和攻击与饱和防御,提出了一种针对机动目标的多导弹协同制导律。建立了视线坐标系下的弹目相对运动数学模型,设计了三阶扩张状态观测器,对目标机动加速度项和运动方程中的耦合项进行观测与跟踪。在导弹飞行前段,基于滑模变结构理论设计了攻击时间可控的多导弹时间协同制导律; 在导弹攻击末段,基于有限时间控制理论设计了满足终端角度约束的制导律,给出了导引律切换条件。仿真结果表明:该复合导引律能够使多枚导弹在满足攻击末端角度约束的条件下实现攻击时间协同; 该制导律采用完备的空空导弹轨迹控制系统进行仿真,能够满足实际工程应用的要求。     

考虑导弹速度变化的攻击时间和攻击角度控制滑模制导律

为了解决导弹速度变化时对攻击时间和攻击角度的控制问题,提出了一种基于成型理论和非奇异终端滑模理论的攻击时间和攻击角度控制制导律,并证明了该制导律的Lyapunov稳定性。以弹目相对运动关系为基础,将导弹速度变化的制导律问题转化为导弹速度恒定的制导律问题。利用成型理论构造视线角多项式,通过数值方法计算其系数,得到了满足攻击时间和攻击角度约束的理想视线角表达式。基于非奇异终端滑模理论设计了导弹法向加速度,使导弹实际视线角按照理想视线角变化,实现了攻击时间和攻击角度控制。不同条件下的数值仿真结果验证了所设计制导律的有效性。     

带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律

为提高攻击时间控制制导律的鲁棒性和工程适应性,以弹目拦截几何关系为基础,采用滑模技术设计了一种带导引头视场角约束的无奇点攻击时间控制制导律。通过Lyapunov理论证明了该制导律的稳定性和收敛性。理论分析及仿真结果表明：当攻击时间误差变为0 s时,该制导律可演变成纯比例导引律,末端需用过载变化平缓、命中点处为0 g;所设计制导律可有效实现静止目标拦截、多导弹协同攻击等场合的攻击时间控制。     

带落角和时间约束的网络化导弹协同制导律

对网络化导弹的协同攻击问题进行了带命中落角约束和攻击时间约束的协同偏置比例导引律研究。对单枚导弹给出了带命中落角约束的偏置比例导引律,并推导出了对应的导弹剩余攻击时间的估算表达式。针对网络化导弹系统,根据各导弹的剩余攻击时间之差对偏置比例导引律中的比例系数进行调节,设计得到了同时满足命中落角和攻击时间约束的协同偏置比例导引律,进一步从理论上证明了该导引律能够使多枚导弹的攻击时间趋于一致。网络化导弹制导系统数学仿真实验结果表明,协同偏置比例导引律及剩余攻击时间估算方法是有效和正确的。     

考虑视场角约束下的攻击时间控制制导律

为了实现视场角约束下的攻击时间控制,基于导弹-目标相对运动模型,对考虑视场角约束下的攻击时间控制制导问题开展了研究。建立了以攻击时间误差和前置角收敛到0为准则的攻击时间控制模型。在比例导引法的基础上,采用附加偏置控制项的形式,在考虑视场角约束条件下设计了无奇点的攻击时间控制制导律。该制导律具有一定的最优性,攻击时间误差先于前置角收敛到0,制导加速度指令最终也收敛为0。采用Lyapunov稳定性理论,证明了该攻击时间控制制导律的稳定性。仿真结果表明,该制导律能够有效实现视场角约束下的攻击时间控制。     

具有角度约束的多导弹协同制导研究

基于二维平面内弹-目相对运动方程,研究了具有角度约束的多导弹协同攻击问题。利用变结构控制原理,分别设计了满足攻击时间和满足终端视线角的导引律。同时提出一种切换思想,使得导弹在飞行过程中根据不同情况在两种导引律间合理切换,同时兼顾飞行时间和攻击角度。将导弹的剩余飞行时间估计作为弹间交互的信息,从而决策出共同的攻击时间协同打击目标。仿真结果证明该方法的有效性。     

一种同时具有攻击时间和攻击角度约束的协同制导律

为了实现多枚导弹从不同的方向对目标进行饱和攻击,建立了导弹和目标的非线性运动模型,并对模型进行归一化; 设定理想攻击时间和攻击角度,利用具有攻击时间约束的制导律得到初始猜测控制量,采用模型预测静态规划方法对控制量进行迭代更新直至满足脱靶量和角度约束条件,从而得到能够同时满足攻击时间和攻击角度约束的次优协同制导律。仿真验证结果表明:在合理给定理想攻击时间和攻击角度的前提下,本协同制导律具有良好的性能和较强的鲁棒性,且计算效率高,具有在线优化的潜力。     

考虑速度时变的多约束攻击时间控制制导律

针对常规制导弹药的协同饱和攻击问题,提出了一种速度不可控情况下的考虑视场角约束的攻击时间控制制导律。根据制导弹药的简化动力学模型,通过数值方法求解满足比例导引弹道轨迹的速度常微分方程,得到时变速度下的剩余飞行时间估计。同时,在比例导引制导律的基础上,利用终端滑模控制技术设计了时变速度情况下考虑视场角约束的时间控制制导律,以保证导弹能够在满足视场角约束的条件下以期望的攻击时间命中目标。仿真结果表明,所提出的制导律在时变速度场景下能满足视场角约束,并且实现较高的时间控制精度和命中精度。     

带终端攻击角度约束的模糊滑模制导律研究

为了提高导弹的作战效能,取得最佳毁伤效果,除了要保证打击精度,也需要根据目标特性确定合适的攻击角度。针对超声速反舰导弹末段对目标实施大角度俯冲攻击的特点,建立了弹目相对运动数学模型,通过分析与推导,将多约束导引问题转化为控制问题,并应用模糊滑模变结构理论设计了纵向通道导引律。在目标静止和目标机动两种情况下开展了质点弹道仿真,仿真结果满足末段脱靶量和落地倾角要求,证明了该导引律的正确性和可行性。     

带初始前置角和末端攻击角约束的偏置比例导引律设计以及剩余飞行时间估计

针对导弹飞行过程中受到外部干扰导致前置角变化较大的问题,设计了满足任意初始前置角和末端攻击角度约束的偏置比例导引律,并对该导引律下系统参数的收敛性给出了证明。基于现有分段迭代求解剩余飞行时间的方法进行拓展,解决了现有分段迭代求解方法在前置角等于π/2 rad时存在奇点的问题,并用该改进方法给出了该导引律的剩余飞行时间估计。对提出的导引律和改进的分段迭代求解方法进行仿真,结果表明：该导引律能够满足任意初始前置角和末端攻击角度约束下导弹的脱靶量和末端角度要求,且在飞行末端加速度指令收敛至0;与以往研究结果相比,该导引律在前置角大于π/2 rad时能够实现对导弹的更有效控制;使用改进的分段迭代求解方法对提出的导引律进行剩余飞行时间估计,估计误差小,误差收敛快。仿真结果验证了该偏置比例导引律和剩余飞行时间估算方法的有效性。     

带视场约束的多飞行器协同导引律

针对带有视场约束的多飞行器协同攻击静止目标问题,提出一种分布式协同导引律。通过速度坐标系下交战运动方程,将非线性运动模型转换为2阶智能体模型、相应的视场约束转换为智能体类速度约束。结合速度约束一致性协议设计了一种到达时间协同导引律,实现了带视场约束条件下的多飞行器协同攻击。研究结果表明：提出的导引律克服了传统协同导引律存在数值奇点的问题,协同过程不需要进行导引律的切换。通过数值仿真和对比研究验证了所提导引律的有效性,并在测量噪声与通信延迟存在的情况下依然具有稳定的制导性能。     

带末端攻击角度约束的三维最优导引律研究

针对导弹对目标实施大角度攻击的作战需求,运用飞行力学和最优控制理论,设计了带终端攻击角度约束的三维空间最优导引律.在设计过程中,将三维空间分成纵向和航向两个导引平面,分别设计两个平面的最优导引律,并在纵向平面上考虑攻击角度约束,使得导弹在命中点的弹道倾角满足约束条件.最后分别针对静止目标和慢速运动目标进行了仿真研究.     

多约束条件下导弹协同作战制导律

为了提高多枚导弹在多约束情况下的协同作战能力,在纯比例导引律的基础上,添加了与攻击角度、攻击时间约束相关的偏置量,形成了同时具有攻击角度和攻击时间约束的四维制导律.综合考虑导弹系统的动态特性、导弹自身的过载约束以及弹道的收敛性约束,采用自动控制原理和变系数比例导引律理论,对制导律的参数进行了设计,给出了取值方法.仿真结果表明:所设计的制导律能够使多枚导弹在满足过载约束的前提下,弹道前段弯曲末段收敛;实际攻击角与理想攻击角之差小于2°,实际攻击时间与理想攻击时间之差小于1s,可有效实现对目标的协同攻击.     

俯冲攻击制导律设计

对比例导引在俯冲攻击中的应用进行论证和弹道设计,采用最优控制法和逆矩阵法进行末端速度约束俯冲攻击制导律的设计,通过仿真验证和对比分析,结果表明,速度约束法能够大幅度提高落地攻击角度。     

带有攻击角约束的机动目标协同拦截制导律

随着来袭目标机动突防方式的不断丰富,现有制导律存在脱靶量较大、毁伤效果有限等问题。针对上述问题,提出了一种考虑攻击角约束的协同拦截制导律。将机动目标引起的视线角速率变化视为扰动,利用扩张状态观测器对扰动进行估计并补偿。结合有限时间一致性理论,设计了从弹沿视线方向的制导律,使其剩余飞行时间在有限时间内收敛至领弹值附近。基于快速终端滑模面,设计了视线法向的制导律,对末端攻击角进行约束。针对多种典型的机动目标进行了仿真试验,验证了所设计的制导律的有效性。     

多高超声速飞行器双阶段协同俯冲制导律设计方法研究

以高超声速飞行器协同攻击需求为研究背景,开展了下滑段-末段导引段“双阶段”协同制导方法研究。在下滑段,提出了以倾侧角符号切换控制位置偏差、以倾侧角幅值调节控制时间、以攻角调节控制能量的时间协同下滑制导方法,兼顾了高度/速度/位置/时间协同需求,为末段导引段实现高精度协同制导提供支撑。在末段导引段,通过引入末段初速度依赖偏置比例导引项,给出了改进的协同时间/角度末段导引律设计方法,兼顾了落角/时间协同需求。通过仿真,验证了双阶段协同俯冲制导律应用于高超声速飞行器协同制导问题的有效性。     

多目标攻击的制导律研究

研究了多目标攻击过程中导弹的制导问题。根据随机系统次最优控制理论设计出一种导引律,它利用变增益扩展卡尔曼滤波技术估计出目标状态信息,根据目标状态信息来决定导弹控制量的输入,控制导弹飞向所选择的目标。数字仿真表明了该导引律在多目标攻击中的合理性。     

防区外联合攻击武器跃升俯冲攻击弹道研究

文中研究了防区外联合攻击武器的跃升俯冲攻击弹道,根据实际作战特点得出最优跃升俯冲攻击问题等价于最小距离问题的结论,对防区外导弹的跃升俯冲攻击弹道提出了"程序爬升+比例导引律俯冲攻击"和"最优导引律跃升俯冲攻击"两种制导方案,并比较了两种方案的优缺点,确定最优导引律更适合防区外导弹的跃升俯冲攻击弹道,同时分析了影响导弹跃升俯冲攻击弹道的各种因素,对设计防区外联合攻击武器的跃升俯冲攻击弹道具有较强的工程参考价值.