CGF系统中的飞机智能决策模型的研究与实现

计算机生成兵力系统(CGF)中导弹模型作为舰载武器模型的最重要组成部分,其实体建模精度和弹道模拟一直是我们关心的问题.精确制导武器制导律研究中,当略去导弹和制导系统的惯性,将导弹当作可控制的质点时,确定出的导弹飞向目标的弹为理想弹道.在计算机生成兵力系统实际需求下,随着制导精度要求的提高,理想的弹道和理想的比例导引已不能满足要求.该文据比例导引的差分方程,在对比例导引进行三维弹道仿真的基础上,分别对基于二次型的最优制导律、考虑弹体动态特性的二次型最优制导律进行了三维弹道仿真,绘制出了可直观显示的弹道特性,计算了导弹与目标遭遇时间,并对结果进行了比较分析.得出考虑弹体动态特性的二次型最优制导律性能最优的结论.     

导弹抗干扰仿真系统设计与实现

由于目前导弹抗干扰性能缺乏有效评估手段和对抗仿真平台,为了研究导弹在中制导阶段受电子干扰的作战性能,解决导弹全程动态仿真和系统扩展等问题,提出建立高层体系结构(High Level Architecture,HLA)的三方对抗仿真系统。采用仿真进程管理软件控制系统仿真进程,建立干扰效果计算模型,计算中制导阶段受到敌方电子干扰的影响,实时仿真导弹飞行弹道,并可以通过三维视景软件实时显示整个对抗过程。建立的系统实现了导弹全程的动态仿真,经实验证明,可以有效地评估导弹在电子干扰下作战性能,具有较好的可扩展性。     

基于ARM处理器的舵机半实物仿真系统的实现

导弹舵机是导弹制导与控制系统的执行机构环节,其半实物仿真系统亦是实现导弹制导与拧制系统半实物仿真验证平台中的关键环节;文中针对某型导弹舵机的动态特性与控制参数,设计一种基于ARM微处理器的舵机半实物仿真系统的实现方法;首先使用simulink工具箱对对导弹舵机的模拟系统进行数学建模以及相关控制参数优化计算;最后,通过ARM控制器的硬件电路实现舵机的半实物仿真系统的硬件平台,以及嵌入式软件编程实现舵机性能模拟;根据舵机半实物仿真系统与自动驾驶仪之间联合测试结果表明,舵机半实物仿真系统可以在导弹制导与控制系统半实物仿真验证平台中替代真实舵机.     

超声速巡航弹俯冲攻击制导控制一体化设计

研究巡航导弹俯冲优化控制问题,针对超声速巡航导弹俯冲攻击要求,为了使战斗部发挥最大毁伤效果,运用变结构控制理论,设计了导弹纵向平面一体化制导控制系统.联立弹目相对运动方程和导弹弹体动力学方程,建立了导弹控制模型.选用零控脱靶量滑模切换面,并将目标机动考虑成有界扰动,使控制具有较强的自适应性和对目标机动性.数值仿真表明,设计的一体化制导控制系统能满足俯冲攻击的脱靶量和落角的要求,验证了方法有效.与传统的制导控制分开设计比较,采用所提出的一体化制导控制系统末段状态的变化更平缓,能获得更小的脱靶量,具有机动攻击目标的能力,并满足设计的要求.     

舰空导弹制导控制一体化仿真

为精确模拟舰空导弹拦截目标弹道，精确计算导弹制导精度，必需开展舰空导弹制导控制一体化仿真。在分析某垂直发射舰空导弹飞行控制过程的基础上，建立舰空导弹制导控制一体化仿真所必需模型，包括导弹受力模型、六自由度运动方程组、控制系统模型及制导规律模型，根据所建立模型，采用迭代计算方法，按照一定的仿真计算流程，仿真计算了舰空导弹在惯性初制导段和半主动雷达寻的末制导段的弹道。仿真结果表明，所建立的制导控制一体化模型能有效模拟舰空导弹的惯性制导弹道和半主动雷达寻的制导弹道。     

制导炮弹解耦控制研究

针对旋转制导炮弹双通道二舵机自动驾驶仪进行解耦控制研究。采用弹体状态方程对旋转制导炮弹进行仿真建模和耦合性分析,推导出了从弹体坐标系到准弹体坐标系弹体运动方程的准确表达式,并采用双通道二舵机方案设计旋转制导炮弹自动驾驶仪,提供了双输入双输出系统解耦控制算法。通过仿真验证了两通道的交连情况和解耦算法的有效性。弹体状态方程适用于双通道旋转弹仿真建模和耦合性分析,为导弹控制系统分析与设计提供了新思路。     

基于模型残差基准的模型预测控制性能监控

针对控制系统性能评估中的模型失配问题,提出了一种新的闭环模型评估方法.该方法首先分析了控制系统中扰动是具有反馈不变性的,其次推导了可以用常规闭环回路数据估计扰动序列,并利用扰动序列的反馈不变性原则定义了模型质量指标,建立该指标的时间序列模型对其进行预测,对预测残差进行统计过程控制,实现了对控制系统性能的实时评价.当检测出控制系统性能出现下降时,通过基于距离的判别分析方法快速定位性能下降源.最后通过Wood-Berry二元精馏塔上的仿真研究验证了所提方法的有效性.     

红外制导半实物仿真及目标模拟器研究

导弹仿真技术为红外制导导弹提供了一个精确、可控和可重复的试验条件,而半实物仿真作为仿真技术的一种,除了可以提高系统的研制质量以外,还可使无法准确建立模型的实物直接进入仿真回路,并可直接检验制导控制系统各部分功能.利用红外目标模拟器系统,可为导引头性能测试提供一种方便、可行、价廉的实验手段,可提供不同气象条件、不同背景下的不同目标的红外特征,以便较全面地测试导引头的各种性能,并可节省大量的实验经费.针对红外制导导弹的半实物仿真系统进行了概述,并结合具体示例介绍了红外制导导弹半实物仿真系统组成.详细论述了一种带一个目标和两个干扰的点源红外目标模拟器的原理与实现.     

基于捷联导引头的制导信息解耦及滤波方法

近年来,随着现代化战争对导弹低成本、小体积要求的不断提高,捷联导引头制导体制逐渐成为了发展趋势。但是,与传统的平台导引头相比,捷联导引头的测量系统固连于弹体上,且在导弹飞行过程中,由于弹体运动的耦合效应,无法获取导弹在惯性空间下的视线角速度信息。本文研究了一种应用于捷联导引头平台的导弹制导信息解耦及滤波方法,解算出能够用于导弹比例导引的有效制导信息,并结合工程实际进行了数字仿真分析和中靶精度统计。仿真结果表明,该方法能够准确隔离弹体姿态对制导信息的影响,并能精确命中目标,为捷联导引头体制工程化应用提供了有效参考。     

一种基于扩展滑动模态的自动驾驶仪设计

研究导弹控制系统姿态的优化问题,针对导弹姿态动力学模型,利用过载跟踪控制技术.由于动态特性非线性存在,使滑模动态产生振动,影响控制的稳定性.为解决上述问题,提出了一种新的连续扩展滑动模态自动驾驶仪的设计方法.以非线性弹体姿态动力学模型为基础,选取弹体过载和旋转角速度为状态,引入理想的参考模型,在有限时间内零化过载跟踪误差,用变结构控制理论的设计方法,设计了连续扩展滑动模态自动驾驶仪,并通过Lyapunov稳定理论证明了控制律在滑动区域的可达性和渐近稳定性特点.通过数字仿真,验证了所设计的自动驾驶仪的正确性和有效性,保证了导弹控制系统的稳定性.     

受控旋转弹飞行动力学建模和稳定性分析

选取带有控制系统的旋转弹为研究对象,考虑到控制环节不可避免的时滞及气动非线性效应,从理论上进一步完善了旋转弹动力学模型.从模型的特征方程出发,以时滞、控制增益为分岔参数,对系统的零平衡点稳定性进行了分析,得到平衡点失稳后发生Hopf分岔的临界参数值,并在理论预测的情况下数值模拟了攻角和侧滑角在不同情况下的失稳情况以及Hopf分岔周期解振幅随分岔参数的变化情况.数值结果表明了理论预测的正确性,时滞虽未改变旋转弹锥形运动方式,但是却大幅度的减小了稳定飞行控制增益的取值范围,因此在旋转弹姿态稳定性系统设计过程中时滞的影响不可忽略.     

Intelligent Control for Integrated Guidance and Control Based on the Intelligent Characteristic Model

In this paper, an adaptive integrated guidance and control (IGC) scheme for the homing missile is proposed based on the novel continuous characteristic model and the dynamic surface control technique. The novel continuous characteristic model is first proposed in the presence of unknown model coefficients and uncertainties. Then, the dynamic surface control technique is applied to the continuous characteristic model. The proposed IGC scheme guarantees the line-of-sight angular rates converge to an arbitrarily small neighbourhood of zero and all the closed-loop signals to be semi-globally uniformly ultimately bounded, which is proven using the Lyapunov stability theory. Finally, the effectiveness of the adaptive IGC scheme is demonstrated using nonlinear numerical simulations for the maneuvering target.     

Design of sliding mode guidance law with dynamic delay and impact angle constraint

A sliding mode guidance law with dynamic delay and impact angle constraints is designed for the relative motion between the missile and the target in the intercepting plane. First of all, the missile’s first order dynamic delay is involved into the system model to design the guidance law based on sliding mode variable dynamic method. Secondly, the target’s maneuvering is taken as the system disturbance, and a non-homogeneous disturbance observer is applied to estimate such maneuvering in finite time rapidly, which, through dynamic compensation, realizes the missiles precision attack to targets of different maneuvering at a desired line-of-sight (LOS) angle. Finally, numerical simulations are performed to demonstrate the effectiveness of the designed guidance law.

     

A new tracker for air-to-air missile targets

An extended Kalman filter is developed to aid the tracking of an air-to-air missile from a maneuvering target aircraft. The filter exploits knowledge of the dominant aerodynamically induced lift and drag forces of a nonthrusting missile employing proportional navigation guidance, and it also accounts for the dynamic lag and bandwidth effects of the missile seeker, guidance, and control systems. Incorporating the refined missile acceleration model enhances the filter's tracking estimate precision and provides meaningful threat predictive capabilities. Identifiability of parameters within the acceleration model is established, an adaptive filter is developed, and its performance capabilities portrayed through realistic Monte Carlo simulations.     

导弹驾驶仪稳定回路动态分析系统设计

为了研究导弹稳定回路的参数对导弹控制系统性能的影响，设计了导弹驾驶仪稳定回路动态分析系统。该系统以工控机为核心，将A／D板，D／A板，定时计数器板按层叠式结构组合在一起，利用了自动化测试设备的硬件设施，并采用了软硬件抗干扰措施．提高了测试分析的精度。测试结果表明该系统能很好的应用于驾驶仪稳定回路测试参数的分析，有很好的理论和应用价值。     

自动驾驶仪动态测试系统设计

自动驾驶仪是导弹制导与飞行控制系统中的重要组成部分之一。驾驶仪的动态测试主要是检查各组件工作的正确性、可靠性以及组件之间配合的协调性。对动态测试原理进行了分析。提出了利用PXI总线的通用测试仪器,结合动态信号分析算法,实现动态测试的方法,并进行了方案验证。搭建了自动驾驶仪动态测试系统,实现了对自动驾驶仪功能的动态测试。分析了系统中可能存在的误差并阐述了改进的方法。该方法的测试精度与传统台式仪器相当,能够满足装备动态测试的要求。     

Adaptive dynamic surface control for integrated missile guidance and autopilot

Integrated guidance and control for homing missiles utilizing adaptive dynamic surface control approach is considered based on the three channels independence design idea. A time-varying integrated guidance and control model with unmatched uncertainties is first formulated for the pitch channel, and an adaptive dynamic surface control algorithm is further developed to deal with these unmatched uncertainties. It is proved that the proposed feedback controller can ensure not only the accuracy of target interception, but also the stability of the missile dynamics. Then, the same control approach is further applied to the control design of the yaw and roll channels. The 6-degree-of-freedom (6-DOF) nonlinear missile simulation results demonstrate the feasibility and advantage of the proposed integrated guidance and control design scheme.     

基于RCGA优化GRNN的实时动态目标追踪模型

针对三维环境中导弹追踪目标时制导和控制算法复杂而导致计算量非常大的问题,提出了一种基于隐性交叉遗传算法优化广义回归神经网络的实时动态目标追踪模型。通过将导弹防御区离散化为多个小模块生成输入数据,并针对每个可接受的目标参数数据集,使用RCGA估算导航常量和导弹注意时间;利用输入和输出的目标参数集生成GRNN所需的训练数据集;针对任意位置的目标轨道,将训练后的GRNN应用于实时导弹导引系统的实现中。通过战术目标仿真模型验证了所提算法的有效性及可靠性,仿真结果表明,相比其他几种目标追踪算法,算法取得了更好的实时性和更高的目标定位精度,脱靶率接近零。     

便携式防空导弹建模与仿真研究

仿真技术是便携式防空导弹系统优化设计和性能研究的必要手段。该文建立了六自由度弹体运动模型、目标运动模型、相对运动模型等。基于动态仿真软件ＳＩＭＵＬＩＮＫ,研制了面向对象的制导系统仿真软件。利用该仿真软件对某型便携式防空导弹进行了仿真研究,仿真结果证明仿真模型正确合理。应用本仿真软件可进行制导系统参数优化、性能评估、弹道计算和导引规律研究。