拦截高超导弹的末制导控制律研究

导弹轨道控制采用改进的比例导引律,针对高超战术弹道导弹的拦截特点,文中在导引律中使用视线角等观测量的预测信息,并与直接使用测量信息的导引律相比较。导弹姿态控制采用模糊PID方法,以提高控制系统的鲁棒性,并与滑模方法相比较。数值仿真结果表明,无论采用哪种姿控方法,使用预测信息导引律的脱靶量都要大大小于使用测量信息导引律的脱靶量;无论采用哪种导引律,模糊PID方法的脱靶量都要优于滑模方法。     

多约束条件下高超声速导弹再入轨迹优化

为研究多约束条件下的高超声速导弹再入轨迹优化问题,提出了分段优化策略的再入轨迹优化方法,多阶段求解最优轨迹。建立了导弹的动力学模型、气动力模型和大气密度的计算模型,在考虑导弹的过载、动压、驻点热流和角度变化率等多种约束条件下,以导弹再入末速度最大和驻点热流最小为目标函数,基于hp自适应伪谱法和高斯伪谱法进行了弹道数值仿真。仿真结果表明,分段优化策略有效减少了计算时间,降低了计算复杂度。     

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。     

高超声速导弹发展及防御策略研究

针对高超声速导弹的防御问题,介绍了美俄等国高超声速导弹的最新进展,分析了高超声速导弹几种可能的作战运用样式,梳理了对其防御作战可能面临的威胁。基于弹道、红外及电磁等三方面特征明确了高超声速导弹的目标特性,在此基础上重点从组建全域预警探测网、构建完善火力拦截网以及建设高效作战指挥控制网等三个方面给出了高超声速导弹的防御策略,研究结论可以为高超声速导弹防御体系建设提供一定参考。     

用于高超声速导弹的RBCC概念研究

探讨了评估高超声速导弹推进系统的方法; 开发了一种名为HAMS的软件, 可用于分析和评估高超声速推进系统; 计算了两种典型的火箭基组合循环(RBCC)发动机的性能和质量, 在任务给定的情况下, 对两种发动机的性能进行了比较和评估.     

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。     

多导弹协同作战制导律研究

为了增强多枚反舰导弹协同作战时的突防和打击能力,提出了一种由弹目距离协同制导律和视线角速度收敛制导律两部分组成的多导弹协同制导律。综合多枚导弹的弹目距离信息,设计了期望弹目距离。基于比例导引律建立了导弹目标相对运动非线性模型,采用时标分离原理将其分为快变子系统和慢变子系统,然后采用动态逆系统理论将2个子系统反馈线性化,基于线性系统理论设计了能够实现多弹弹目距离趋于期望弹目距离的制导律。为了保证各导弹顺利地协同攻击目标,在飞行末段,采用有限时间控制理论设计了在弹目距离逐渐缩小的过程中视线角速度在有限时间内快速收敛到零的制导律。仿真结果表明:采用该协同制导律能够使多枚导弹以期望的弹目距离同步接近目标,最后几乎同时命中目标,有效地实现了弹目距离和攻击时间的协同。     

高超声速飞行器实时最优伪谱反馈末制导算法研究

针对高超声速飞行器攻击目标末制导阶段快速、准确的任务要求,提出了一种飞行器实时最优伪谱反馈末制导算法.该算法首先离线生成一条满足各种约束的飞行器攻击最优轨迹,然后在某一时刻点应用伪谱算法优化轨迹;通过连续应用伪谱反馈制导算法,实时在线更新再入轨迹,直至命中目标.在考虑模型中存在误差及干扰的情况下,证明了该算法的收敛性;...     

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.     

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。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

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。     

带落角约束的有限时间收敛末制导律研究

针对导弹末制导过程中的终端落角约束的问题,基于滑模控制和有限时间控制理论,设计了一种有限时间收敛末制导律。利用终端滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够有限时间收敛到0的特点,选取终端滑模面,引入落角约束项,采用有限时间稳定性理论对导引律的有限时间收敛特性进行了证明,并给出了收敛时间的数学表达式。将该末制导律与其他2种带落角约束的导引律进行了对比仿真。结果表明,利用该制导律,制导武器能以更高的命中精度和更小的落角偏差命中目标。     

一种多约束条件下的最优末制导律研究

为了更好地满足现代导弹武器多约束、高精度制导的基本要求,提出一种新的最优末制导律。在综合考虑落角和末端攻角的要求下,用二次型最优控制推导出新的制导律,并给出了零阶无时延系统的表达式,最后运用典型弹道仿真和对比试验验证了该制导律的良好的弹道性能。仿真结果表明：该制导律不但能够满足多约束高精度制导的要求,而且对落角、末端攻角控制和早期弹道修正具有较大的优势。     

地地常规导弹末制导律研究

通过对比例导引的特性分析,证明了末制导时间与制导控制系统时间常数之间应满足的关系及导弹的最大可用过载能力。为了满足地地导弹大落角战技指标要求,分别研究了过重补比例导引和弹道成形制导律,并对其工程应用方案进行了分析。最后对大落角制导律在使用中应注意的问题进行了总结。研究结论对地地常规导弹末制导律的工程使用有指导意义。     

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。     

考虑自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的鲁棒末制导律

针对制导弹箭打击机动目标时带攻击角约束的末制导问题,考虑自动驾驶仪动态特性以及目标机动不确定性对制导过程的影响,结合积分滑模与动态面控制方法,设计了一种新型鲁棒末制导律。自动驾驶仪的动态特性以含扰动的2阶动力学模型来表征,目标机动引起的模型不确定性以光滑非线性扰动观测器来估计。滑模面取视线角速率与视线角偏差的组合形式,且引入剩余飞行时间,以使制导弹箭在整个末制导过程中过载性能良好。依据李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统中视线角速率与视线角偏差均最终一致有界任意小。通过数值仿真与弹道成型制导律及非奇异滑模制导律进行了对比,验证了该末制导律的有效性与优越性。