基于虚拟域动态逆的空地反辐射导弹轨迹优化

针对空地反辐射导弹抗雷达关机问题,基于虚拟域动态逆( IDVD)的方法设计了一种轨迹优化算法。基于动态逆的思想,通过虚拟弧长高次拟合导弹轨迹坐标,并将边界条件以及状态变量从时间域转换到虚拟域,在虚拟域中求出边界条件的导数。再根据直接法原理离散导弹轨迹,采用罚函数法处理性能指标,寻优得到最优轨迹。仿真结果表明,该方法能够快速计算生成反辐射导弹轨迹,达到了即使雷达关机,也能准确命中目标的目的。该方法通过虚拟化轨迹长度能够方便地求解边界条件的高阶导数,简化了计算过程,能够快速生成参考弹道,且对参数初值不敏感。     

考虑时空协同的滑翔制导炮弹单炮多发快速弹道规划

针对单炮多发应用场景,研究在时间、空间协同等多约束条件下的滑翔制导炮弹快速协同弹道规划问题。为平衡序列凸优化(Sequential Convex Programming, SCP)算法在快速性与最优性之间的冲突,提出一种改进的SCP算法;考虑到多约束条件下可行域较小、初值敏感性较高的特点,设计两种迅速且有效的迭代初值生成方案;为充分发挥弹群整体控制能力,采取集中式的协同规划策略,同步求解所有方程组,以达成全局规划目标。仿真实验结果表明,新算法能够较好地解决多约束条件下的协同规划问题,与现有文献中的常见算法进行对比,具备良好的收敛性能和较高的计算效率。     

一种变后掠翼导弹弹道快速优化方法

变后掠翼导弹弹道优化问题是一个复杂的多变量优化问题;为了获得变后掠翼导弹飞行弹道,利用Radau伪谱法求解了同时满足路径约束和终端约束条件下的射程最远弹道轨迹;选取后掠角和攻角作为优化控制变量,并通过采取一系列实时性保证策略提高算法的计算效率;仿真结果表明:该方法能够快速优化出满足性能指标和约束条件的弹道轨迹;研究结果可为变后掠翼导弹在线重构的实现提供有益参考。     

空射近空间飞行器助推弹道规划方法

为研究空射近空间飞行器低弹道快速入轨弹道规划问题,将空射近空间飞行器助推弹道分为投放段、一级飞行段、无动力滑行段、二级飞行段。一级飞行段采用最大可用过载快速拉起; 二级飞行段纵向剖面采用基于分段多项式的参数化控制方法,二级飞行段横向剖面设计了基于三角函数的参数化能量管理; 形成了多段多约束参数化助推弹道规划模型,采用改进粒子群算法对该问题进行求解。仿真结果表明:规划弹道满足过载、控制及分离等各类约束条件; 该方法具有很高的求解精度和较快的求解速度,能获得满足不同交班需求的参考弹道。     

基于虚拟再入角的快速离轨制动制导方法

为满足再入飞行器快速离轨制动的需求，提出一种基于虚拟再入角的快速离轨制动制导方法。在分析脉冲离轨制动的制导机理的基础上，采用有限推力方式逐渐接近终端状态，满足再入角度和再入速度的交班需求；采用凸优化方法计算满足多终端约束的时间最优轨迹，结合有限推力制导算法的仿真结果，分析轨迹特点，提出虚拟再入角概念，设计考虑多终端约束的快速离轨制动的在线制导算法。分别从运算效率和制导精度两个方面，同现有方法进行比较，并在发动机推力大小与方向存在偏差情况下进行蒙特卡洛仿真。仿真结果表明，相比于现有算法，所提出的算法在保障同等控制精度的前提下，实现了快速离轨阶段快速的目标，且可以满足在线计算的需求。     

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。     

高超声速滑翔式飞行器目标覆盖范围的计算方法

为解决飞行器任务规划的相关问题,给出了利用优化算法求解目标覆盖范围的基本流程。在合理选择优化指标与约束条件的情况下,计算一系列最优弹道以得到目标覆盖范围边界。为实现计算的快速性,提出了一种基于高度-速度剖面跟踪的目标覆盖范围求解方法。仿真结果表明,2种方法均能完成目标覆盖范围的计算,其中基于弹道优化的方法计算精度较高,基于弹道跟踪方法则在计算速度方面具有优势,二者可分别满足不同场合的计算需求。     

基于在线修正弹道模板的主动段弹道跟踪方法

为了提高在线跟踪主动段弹道导弹的精度,提出了基于在线修正的弹道模板方法,详细构建了空气动力、推力、重力、科氏力、牵连惯性力等的动力学模型,结合不敏卡尔曼滤波和粒子滤波算法,对弹道模板参数进行在线校正及对导弹目标进行实时跟踪。在仿真过程中,基于加加速度模型和当前统计模型构建了交互多模型算法,并将该算法结合不敏卡尔曼滤波和粒子滤波算法与在线修正的弹道模板方法进行比较分析。仿真结果表明,该方法能够对弹道模板参数进行准确估计并能获得比交互多模型算法更高的跟踪精度。     

大气层外弹道导弹中段拦截弹道规划

为解决反导拦截弹道快速规划问题,依据椭圆弹道理论与二体理论提出一种弹道导弹中段拦截弹道规划模型。在获取目标弹道某一时刻初始位置和速度状态信息基础上,利用椭圆弹道理论建立目标飞行位置与飞行时间的关系,实现对遭遇点位置信息的预测;根据拦截弹发射点位置以及预测遭遇点位置,利用Lambert方程在飞行时间的约束下解算拦截弹的状态信息,从而建立拦截弹的弹道规划模型;使用MATLAB软件仿真验证拦截弹规划模型的有效性。该模型为中段拦截弹道规划设计提供了一种思路和方法,并且在相应的约束条件下规划的拦截弹道在理论上能够满足中段反导拦截作战要求。     

一种基于在线学习的弹道识别方法

用SVM机器学习算法来解决弹道识别问题极大提高了识别精度,然而在处理过程中采用批处理优化方法很难缩短识别时间。考虑到实际中雷达捕获弹道数据是以在线的方式存在的,文中提出一种基于在线学习的弹道识别方法。仿真实验结果表明,在线算法在保证识别精度相当的情形下,大大的缩短了弹道识别时间。从而认为基于在线学习的识别方法是一种值得引进的弹道识别方法。     

运载火箭垂直回收着陆段制导导航与控制技术研究

子级垂直回收的一项关键技术是制导、导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)技术.瞄准未来的组合体回收模式,结合现阶段发动机、着陆支架等环节的性能和特点,全面分析了返回过程中最关键的垂直着陆段对控制系统的需求和约束条件,研究了一种针对垂直着陆段的GNC技术,包含高精度导航算法、...     

风场环境下的巡飞弹航迹跟踪运动补偿算法

针对巡飞弹航迹跟踪过程受风速、风向影响的问题,在风场环境下,通过建立运动模型,研究并提出了基于变增益虚拟参考点和系统外回路动态补偿的非线性制导律算法。根据制导律参数中固定距离限制的问题,设计了变增益虚拟参考点并分析了航迹跟踪的稳定性条件,针对系统外回路滞后特性设计了动态反馈补偿因子,同时给出了参数计算方法及运动约束条件。通过数学仿真方法分别对无风及有风条件下的制导律进行验证,考虑到实际飞行试验困难的问题,基于vc++搭建了半实物实时仿真平台,通过硬件在回路仿真,验证了航迹跟踪性能。结果表明：改进制导律可有效克服风干扰、具有较高的跟踪精度且易于工程实现。     

模糊变结构在可重复使用运载器再入轨迹跟踪上的应用

为了减小可重复使用运载器(RLV)轨迹跟踪对气动参数及初始状态的依赖性,克服鲁棒性差的问题,在纵向跟踪制导方面,提出一种基于模糊变结构的轨迹跟踪方法。在侧向轨迹控制方面,提出了一种快速收敛的在线规划倾侧角反向时机的方法。仿真结果表明：采用模糊变结构的纵向跟踪控制方法,在存在较大初始状态误差及气动参数摄动的情况下,能较好地实现对标准轨迹的稳定跟踪,具有较强的鲁棒性;采用所设计的侧向制导方法可以实现反向点的在线规划,有效地提高了侧向制导的精度。     

吸气式超声速导弹爬升段轨迹在线规划与跟踪设计

为解决吸气式超声速导弹如何最优地爬升到巡航状态的问题,提出了一种吸气式超声速导弹的爬升轨迹在线规划与跟踪控制设计方法。将爬升段弹道分解为2个相切的圆弧,利用数学几何方法,推导了两相切圆的相关参数及代数方程,建立了爬升段的参考轨迹,并通过动虚拟目标追踪法设计了参考轨迹的跟踪制导律,从而实现了基于两圆相切理论的爬升段轨迹在线规划与跟踪控制,最后以典型工况为例,进行了数字仿真验证,并与hp自适应伪谱法的优化结果进行了对比分析。仿真结果表明,参考轨迹与优化结果差别不大,能够准确跟踪参考轨迹,同时算法简单,便于工程实现。研究成果可为吸气式超声速导弹爬升段轨迹设计提供参考。     

基于纵程解析解的飞行器智能横程机动再入协同制导

针对高超声速飞行器协同饱和打击需求,提出一种基于深度Q-学习网络(DQN)算法的深度强化学习横程机动再入协同制导方法。解耦设计高超声速飞行器横纵制导方法,基于高精度的纵程解析解,解析计算纵向升阻比得到倾侧角模值。抽象横向制导倾侧反转逻辑为马尔可夫决策问题,引入强化学习思想,设计一种基于DQN算法的横向智能机动决策器,构建智能体离线学习-在 线调用模式,计算倾侧角剖面的符号变化。以典型高超声速飞行器CAV-H为对象,基于数学分析MATLAB平台通过弹道仿真对该制导方法进行验证。仿真结果表明：新制导方法制导精度高,任务适应性强,可以在线使用,能够严格满足飞行时间约束和能量管理需求;相比于基于三维解析解的再入协同制导方法,新制导方法可以更大程度发挥飞行器的横向机动能力,具备更高的突防潜力。     

面向异构履带车辆的统一运动规划方法

为在统一算法框架下解决异构履带车辆的运动规划问题,提出一种基于运动基元离线生成与在线扩展选择的运动规划方法,所研究的异构履带车辆是指搭载3种不同转向机构的履带车辆.运动基元的优化生成以轨迹平滑度为目标,通过综合考虑异构履带车辆的差异化行为约束、平台运动学模型约束、平滑过渡约束等,生成满足异构履带车辆运动规划需求的基元库...     

针对高速机动目标的三维非线性微分对策制导律

为有效拦截高超声速飞行器,提出了一种基于预测控制的三维微分对策制导律。该制导律将高速机动目标拦截末制导过程抽象为以视线角速率和燃料消耗为性能指标的零和微分对策问题,以非线性模型预测控制为框架,采用梯度下降法实时求解决策约束型有限时域微分对策,得到最优决策。该制导律能够在满足动态系统高维非线性、机动能力和燃料消耗等要求下,实现对目标的精确拦截; 在与比例导引律燃料消耗相当的情况下,具有末端弹道平直、制导精度高等优点。     

复杂约束条件下的再入轨迹迭代求解方法

针对复杂非线性约束条件下,高超声速飞行器再入轨迹优化问题强非线性、多阶段、多约束的特点,提出了一种基于Gauss伪谱法的逐步添加约束的迭代求解方法。完善了规则形状禁飞区约束建模,提出更切实际的禁飞区模型以适应不同任务需求;提出逐步添加约束的迭代求解框架,该框架从解构复杂约束入手,由简至繁逐步添加约束并迭代求解逼近原复杂问题的解;以时间最短为优化目标,对考虑驻点热流密度、过载、动压和禁飞区等多约束的条件下的轨迹优化问题进行仿真计算。仿真结果验证了该算法的正确性、有效性和较好的鲁棒性。     

基于网格划分与BP网络的中制导弹道 在线生成方法

针对临近空间高超声速目标高速、高机动的特点,为改善拦截弹中制导性能,将基于网格划分的中制导离线弹道优化与神经网络相结合,提出了一种中制导弹道在线生成方法。以拦截区域网格化形成的网格点为约束,采用离线弹道优化方法,形成覆盖拦截区域的弹道数据库; 利用BP神经网络对非线性函数的逼近特性,通过训练实现对弹道数据库的逼近,构建BP神经网络模型,实现中制导弹道在线生成。仿真分析结果表明:中制导过程中,在终端约束调整和不调整的2种情况下,该文设计的中制导弹道生成方法均具有较好的性能。