空空导弹三维非线性制导律的设计

空空导弹在大攻角飞行时参数呈现非线性,因此需要在非线性条件下设计制导律。对导弹-目标三维相对运动数学模型进行分析,建立了相对运动的非线性时变状态方程,采用滑模控制的方法对非线性时变状态方程进行求解,以设计三维非线性制导律,所设计制导律基于俯仰和偏航通道相互耦合的情况。对制导律进行仿真检验,结果显示目标视线角可以快速趋于稳定,该制导律可以满足导弹飞行时非线性情况。     

基于滑模控制的导弹制导控制一体化设计

文中对某滚转稳定反坦克导弹的俯仰和偏航通道建立了制导控制一体化数学模型,在末制导段分别采用经典方法和一体化方法设计了滑模制导律(SMG)和自适应滑模一体化制导控制律(SMGC),建立了基于dSPACE的半实物仿真系统,并对两种制导律进行了数字和半实物仿真,结果表明:一体化方法优于传统方法,可有效提高导弹制导性能。     

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。     

带末端角度约束的离散滑模制导律设计

为了提高导弹的命中精度,基于平面内弹目运动方程的离散形式,设计了一种带有角度约束的离散滑模制导律;基于李雅普诺夫理论分析了滑模制导的稳定性与可达性条件;然后将该制导律与带有角度约束的离散比例制导律进行比较,结果表明,设计的制导律更满足角度约束条件且具有更小的脱靶量,最后采用蒙特卡洛仿真验证了该制导律的普遍适用性。     

一种反馈线性化弹道跟踪制导律设计

针对防空导弹弹道跟踪问题,基于反馈线性化理论设计了一种弹道跟踪制导律。使用反馈线性化方法对导弹质点运动模型精确线性化;利用该线性化模型和线性二次型最优调节器(LQR)理论设计跟踪制导律,并给出制导系统工作流程;在存在初始误差和随机风干扰的条件下,将所设计的跟踪制导律应用于导弹质点运动仿真,并与基于小扰动模型设计的LQR跟踪制导律进行比较。结果表明,基于反馈线性化所设计的制导律性能更好。     

多约束条件下反演滑模制导律设计

为了实现最佳毁伤效应,导弹一般同时要求具有较高的制导精度和与战斗部相匹配的落角.基于导弹末端视线角速度和落角多约束条件,文中结合滑模变结构控制和反演法设计了一种反演滑模制导律.建立了导弹与目标相对运动方程和末端视线角速度及落角多约束下的线性化模型,采用反演滑模设计方法设计了制导律,最后进行了六自由度数字仿真,结果表明该制导律能有效实现期望落角和中靶精度,满足设计要求.     

基于Backstepping方法的导引律设计

针对传统导弹制导与控制系统分开设计,使得拦截大机动目标时制导精度降低的问题,提出了一种将制导与控制系统进行综合设计以提高系统的性能的方法。考虑一阶自动驾驶仪动态,设计了基于Backstepping方法的综合制导律。仿真结果表明该导引律使得视线角速度渐近趋于零,脱靶量在1个较小的数量级上,可以满足导弹对脱靶量的要求。     

多高超声速导弹协同末制导律及可行初始位置域研究

针对多高超声速导弹以指定落角对目标进行饱和攻击的问题,提出一种具有攻击角度和攻击时间约束的末制导律,并基于此对导弹的末制导可行初始位置域进行研究。建立三维空间导弹运动模型,分别通过纵向通道和侧向通道制导指令实现落角和攻击时间控制,构成三维协同末制导律。考虑导弹过载和末速约束,采用上述制导律,以导弹末制导初始位置的坐标为设计变量,以实际攻击时间与理想攻击时间差为性能指标函数,建立并求解优化模型,得到导弹一维及二维可行末制导初始位置域。仿真结果表明:该三维协同制导律可使多导弹在同一指定时间以指定落角命中目标; 该位置域求解方法可求得给定约束条件下的各导弹末制导可行位置域。     

近程战术弹道导弹被动段导引律设计

研究了战斗部为集束弹头、制导方案采用全程惯性制导的近程地地战术弹道导弹被动段导引律设计问题 .为获得封闭形式的解析解 ,引入了假想目标 ,将这一最优控制问题转化为导弹拦截假想目标的最优导引律设计问题 ,并求出了导弹被动段导引律 .仿真计算结果表明 ,该导引律具有抗干扰能力强、制导精度高、法向过载饱和度小等优点 ,完全满足导弹被动段导引律的设计要求 .     

基于ESO的目标机动补偿反比例制导律

为提高导弹制导系统对于高速机动目标的拦截效能,基于扩张状态观测器方法和反比例制导策略,设计了一种带扩张状态观测器的反比例制导律。考虑导弹自动驾驶仪动态特性,推导了平面内的制导模型; 设计了扩张状态观测器(ESO),将其与反比例导引策略相结合,设计了带ESO的反比例制导律,该制导律能有效估计目标机动并充分补偿制导律的不确定性干扰,有效提高制导精度; 将设计的带ESO的反比例制导律与经典比例制导律、普通反比例制导律进行仿真对比。仿真结果表明:所设计的带ESO的反比例制导律能减小弹目相对速度与脱靶量,适当地增加拦截时间,有效提高了制导系统对于高速机动目标的拦截效能。     

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。     

主动防御非奇异终端滑模协同制导律

由于在大气层外突防的弹道导弹机动能力很小易被导弹防御系统拦截,因此研究提高突防概率的有效手段具有重要的实用价值。提出基于主动防御方式的分阶段非奇异终端滑模协同制导律,防御导弹的制导过程分为阶段1和阶段2两个阶段。阶段1设计基于视线三角制导策略的制导律,防御导弹将自身控制在目标和拦截导弹的视线上,能有效降低防御导弹需用过载,对相对运动模型进行近似,带来的误差比较小;阶段2设计零化视线转率策略的制导律,使用更加精确的相对运动模型,避免了阶段1近似建模在制导后期带来的较大误差。仿真计算结果验证了该制导律的有效性。     

基于新型扩张观测器的导弹滑模制导律

针对已有滑模制导律未考虑系统量测噪声的问题,提出了基于新型扩张状态观测器的导弹滑模制导律。该方法通过新型扩张状态观测器观测目标加速度并实时补偿滑模制导律,使导弹拦截机动目标时脱靶量更小,提高了拦截性能。仿真结果表明,基于新型扩张状态观测器设计的滑模制导律相较于传统的滑模制导律鲁棒性更强,具有工程实用性,也验证了新型扩张状态观测器的有效性。     

空舰导弹俯冲弹道螺旋机动制导律研究

针对采用传统飞行弹道的空舰导弹在遭遇远程空舰导弹拦截时突防能力不强的问题,提出将降高段弹道改进为螺旋机动俯冲弹道的方案。分析了带落角约束的变结构制导律的设计过程,在此基础上,提出一种螺旋机动变结构制导律。该制导律不仅能引导空舰导弹实现螺旋机动俯冲弹道,而且能保证空舰导弹在降高段的末端稳定地过渡到低空巡航段。仿真结果表明,所提出的螺旋机动变结构制导律显著地提高了空舰导弹针对远程舰空导弹的突防概率。     

便携式反坦克导弹弹道成型制导律设计

针对飞行速度快速时变的便携式反坦克导弹制导控制问题,应用最优控制原理,提出了一种考虑导弹速度快速变化的改进弹道成型制导律。采用超前滞后环节进行时变过载自动驾驶仪设计; 基于最优控制理论推导了广义弹道成型制导律和扩展弹道成型制导律,针对便携式导弹速度快速时变的特性,设计了包含时变速度信息的弹道成型制导律,并结合工程实际讨论了参数选择方法; 最后进行了仿真对比和验证。仿真结果表明,该文提出的包含时变速度信息的弹道成型制导律能够满足武器系统的近距击顶作战需求,同时能够满足导弹系统的着角、攻角、框架角、过载等约束。     

攻击地面机动目标的一种击顶制导策略

针对三维空间导弹和地面机动目标相对运动的非线性模型，将目标运动速度和机动加速度视为有界扰动，设计了一种击顶制导律策略。制导策略分为2部分：第1部分基于弹目视线倾角角速度和偏角角速度反馈，利用非线性系统输入输出线性化方法设计了接近制导律，保证导弹朝向目标运动；第2部分基于弹目视线倾角反馈，利用非线性系统输入输出线性化方法设计了击顶制导律。该制导律在保证弹目视线角速度趋零的同时还可保证视线倾角趋于- 90°，从而实现对目标的垂直打击即击顶。从理论上分析了制导系统的稳定性和精度。数值仿真结果证实该制导律有效。     

基于变系数组合比例导引律的弹道仿真研究

研究了导弹追击过程中的制导律,提出了一种串联复合制导的制导方式,即将整个制导过程分为前段制导加中段比例导引律制导加末段制导,其实质是变系数的组合比例导引律。详细介绍了初制导中瞄准算法设计工作原理,并重点阐述了中段和末段制导采用的比例导引律,通过VS2010和MATLAB实现导弹三维弹道的仿真,最后在视景仿真环境中得到进一步的验证。结果表明整个设计过程是有效可行的,并且与理论分析结果相符。     

H∞输出跟踪理论在导弹制导律设计中的应用

讨论了非线性系统的H∞输出跟踪问题,给出了实现H∞输出跟踪的控制器的设计方法和设计步骤.之后,应用此理论和方法设计了导弹的制导律,仿真的结果证明此法设计的制导律能够成功导引导弹拦截机动目标,具有一定的鲁棒性.     

考虑布儒斯特角约束的超低空机动目标拦截

为了提高防空导弹雷达导引头对超低空目标的探测跟踪精度,建立了超低空拦截模型; 基于变结构原理,设计了一种自适应变结构末制导律,并对该制导律进行了仿真验证。结果表明,该制导律可将弹目视线角约束在布儒斯特角附近,同时将视线角速率收敛至0,使多径干扰降到最小。针对超低空目标机动加速度受多径效应影响而难以准确测量和估计的问题,采用小角度线性化的方法对所设计的制导律进行改进。仿真结果表明,改进后的制导律具有理想的超低空拦截性能,且其在工程实践上更具有可行性。     

有向拓扑条件下有限时间收敛协同制导律设计

针对多导弹打击地面固定目标问题,基于图论知识和滑模控制理论,提出了一种有向拓扑条件下有限时间收敛的三维协同制导律。制导律可使各导弹的打击时间趋于一致,同时满足导弹终端高低视线角和方位视线角约束。建立了弹目三维相对运动模型,并对时间协同制导问题和角度协同制导问题进行了描述。通过对协同制导问题的分析,将制导问题分为视线方向和视线法向两个通道分别进行考虑。在视线方向上,选取相邻导弹间的距离误差和接近速度误差为状态变量,设计时间协同制导律,并证明了制导律在具有有向生成树的有向拓扑条件下,可使各导弹打击时间在有限时间内趋于一致;在视线法向上,考虑高低视线角和方位视线角之间的耦合关系,设计三维角度约束制导律,通过理论证明了制导律的有限时间收敛性。设置了典型仿真条件进行了仿真,仿真结果显示制导律具有较高的制导精度,可在有限时间内满足时间协同和角度协同要求,验证了制导律的可行性。