基于扩展滑动模态控制的末制导律设计

对于三维目标拦截问题，提出了一种新的具有鲁棒性的扩展连续滑动模态末制导律。基于变结构控制理论的方法和零化弹目视线角速率的思想，选择一个合适的滑动区域代替传统变结构滑动模态的设计，同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动。设计得到了具有鲁棒性的三维扩展的连续滑动模态末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了扩展的连续滑动模态末制导律在滑动区的可达性和渐近稳定性。该方法简单，易于理解，便于工程应用，数字仿真验证了所提出的制导律更适合拦截大机动目标。     

基于Nussbaum-type增益技术的末制导律设计

针对三维目标拦截问题,文章提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性末制导律。基于弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统的有界扰动,建立了三维弹目相对运动的数学模型。并应用Nussbaum-type增益技术,基于零化弹目视线角速率的思想,提出了一种全局非线性稳定控制策略,得到了连续的非线性末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了在有限时间内弹目视线角速率收敛到适当小的范围内,实现末制导系统的稳定性。数字仿真表明和比例导引律相比,这种制导律对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

离散自抗扰变结构末制导律设计

针对未来导弹拦截高速大机动目标高精度制导的需要,为使导弹制导系统具有良好的鲁棒性和精确性。提出了一种离散自抗扰变结构末制导律。首先利用自抗扰控制器中跟踪微分器具有的良好滤波特性,对被噪声污染的视线角速率信号进行滤波。其次通过扩张状态观测器实时估计目标加速度。最后采用了一种基于幂函数趋近律的离散变结构制导律,幂函数趋近律能够有效减弱变结构控制系统中切换函数抖动问题。因此这种离散自抗扰变结构末制导律能够有效克服量测噪声和目标加速度不确定对制导系统的影响。通过对机动目标进行仿真,结果表明该方法可以对输入噪声滤波且对目标加速度实时估计,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

一种基于θ-D次优控制的三维末制导律设计

最优制导律在求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程时十分困难。θ-D方法是一种基于State Dependent Riccati Equation(SDRE)方法的新型次优控制方法,能够获得HJB偏微分方程的近似闭环解。针对最优制导律在求解HJB方程时十分困难的问题,文章在考虑导弹自动驾驶仪动态特性和末制导的三维真实拦截情况下,建立导弹和目标的三维相对运动方程,基于θ-D次优控制方法,经状态重定义后对模型方程的伪线性化处理,得到闭环形式的θ-D三维末制导律。为验证所提出制导律的制导性能,分别针对目标不机动和机动的拦截情况进行了数值仿真。仿真结果表明,相比自适应变结构制导律,文中设计的θ-D三维闭环末制导律能克服自动驾驶仪动态延迟对制导性能的影响;对于目标作大机动逃逸的情况,其制导性能更优。     

具有角度和时间约束的导弹最优全弹道设计

文章针对导弹非线性运动学方程,基于变结构与最优控制原理,设计了具有角度和时间约束的导弹最优全弹道。初制导阶段利用变结构控制原理设计了纵向和侧向通道的控制,中制导阶段对导弹非线性运动学方程进行了变换,无需线性化处理,利用最优控制中的极小值原理解算设计出了在具有时间和角度约束情况下的制导律,该制导律可以将目标导引到预定位置并同时满足角度和时间约束,对于多弹齐射研究具有重要意义,末制导阶段将导弹和目标的速度投影到视线坐标系中,建立弹目相对运动模型,解算出弹目运动关系,采用改进的三维比例导引律进行制导。全弹道仿真结果表明,所设计的最优弹道在给定约束条件下,能够精确击中目标,满足性能指标要求。     

拦截大机动目标自适应模糊制导律

为了满足拦截高速大机动目标、高精度制导的需要,将制导律设计问题转化为反馈控制问题,基于模糊控制理论,提出了一种解析描述模糊控制规则的新型自适应模糊导引律.该模糊控制器将比例制导律指令及其微分作为模糊控制的输入量,模糊控制规则及模糊推理用解析式表达,易于计算、调整,适合实时在线控制.该导引律能够根据目标加速度和目标速度的变化自适应地改变模糊控制规则,因此具有较强的鲁棒性.对拦截高速大机动目标的大量仿真结果表明,所提出的导引律在脱靶量、拦截时间等指标方面显著优于传统的比例导引律.     

机动高速目标的全向拦截制导律研究

针对机动高速目标拦截制导问题,建立了全向拦截机动高速目标的相对运动方程,推导并设计了能同时进行顺轨和逆轨拦截的全向真比例(OTPN)制导律,无需对目标加速度的估计和增加修正项即可满足对机动目标的拦截制导,能有效避免目标机动参数估计误差对制导精度的影响。数值仿真结果验证了OTPN拦截制导律可有效拦截机动高速目标,同等初始条件下,OTPN在捕获范围、弹道特性、过载变化、总控制量等拦截参数上均优于传统的经典比例、负比例及其扩展制导方案。     

前向拦截自适应滑模制导律

为拦截高速飞行目标,基于前向拦截的思想,给出了一种自适应滑模制导律．通过弹道的不断调整,置拦截导弹于具有较快飞行速度的目标前方预测弹道上,使得二者的飞行方向满足一种特定的几何关系．该制导律的推导考虑到了拦截导弹与目标的自动驾驶仪动态及其模型误差,且由于采用了自适应滑模的设计方法,不需要知道目标的加速度界和模型误差界．采...     

基于微分对策的水下主动防御拦截导引方法

针对来袭水下目标机动方式的无法预知的问题,为实现精确拦截,以目标捕获条件为约束,设计了一种用于水下机动目标拦截的微分对策导引律。以微分博弈理论为基础,构造用于双边最优控制的二次型性能指标,利用伴随原理求解终端问题的方法导出具有状态反馈形式"零效脱靶量",并以其为性能指标设计用于航向角控制的微分对策制导律。通过对机动目标的跟踪拦截表明:该制导律对目标机动方式具有较强的鲁棒性,与最优导引相比,对机动目标的拦截精度高,可满足水下拦截作战技术需求。     

基于非线性Terminal滑模的动能拦截器末制导律设计

滑模制导律由于具有优越的性能而得到广泛关注,其设计的关键是滑模面的选取。传统的滑模变结构制导律通常都选择线性滑动平面,并保证系统到达该平面后跟踪误差渐近地收敛到零,在此过程中对收敛时间没有约束,因此不能满足快速性要求。针对这一问题,可以采用Terminal滑模控制策略,即在滑模面设计中引入非线性函数,使跟踪误差在有限时间内收敛到零。分析了一类非线性Terminal滑模面在应用中存在的问题,针对该问题设计了一种改进形式的非线性Terminal滑模面,并推导了系统从任意初始状态到达平衡状态所需时间的表达式。之后,针对动能拦截器末制导,基于改进方法设计了一种非线性Terminal滑模制导律,仿真结果表明,相对于传统的滑模制导律,所设计的制导律可以满足动能拦截的要求,不仅能够使系统状态在有限时间内收敛,而且脱靶量更小。     

一种有攻击角约束的三维有限时间导引律

为解决目标加速度信息未知且存在攻击角约束的三维末端制导问题,提出一种基于非线性观测器的有限时间导引律,使得弹目视线角可在有限时间内收敛至期望攻击角.首先,提出一类非线性观测器,利用导引系统中易测量的位置和速度等信息来估计目标加速度,理论分析给出了观测器稳定的充分条件;然后,利用目标加速度估计值,基于有限时间稳定理论和滑模变结构控制理论设计一种有限时间导引控制律,使三维末端导引系统的弹目视线角可以在有限时间内收敛到期望攻击角.通过分析观测误差对导引系统有限时间特性的影响,表明该方法满足工程实践需求;最后,分别对加速度为匀变速和变加速的两类变速目标进行了数值仿真,并与传统比例导引法进行了对比,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性.研究表明,利用非线性观测器可以稳定地估计目标加速度信息,进而利用该观测器给出的目标加速度信息设计滑模变结构有限时间三维导引律,利用该方法可以有效地解决三维末端制导过程中存在目标加速度信息未知且存在攻击角约束的难题.     

临近空间高超声速巡航导弹拦截问题研究

临近空间高超声速巡航导弹已逐渐进入武器化进程,对现有空间防御体系提出了严峻挑战。首先通过分析高超声速巡航导弹的典型飞行弹道,指出其巡航段是最为有效的拦截阶段,并提出空射拦截是一种主要拦截方式。其次,为了研究制导律和相关总体参数对拦截弹的拦截能力的影响,基于拦截问题搭建数学模型,并通过大规模系统的拦截弹与目标对抗飞行轨迹仿真,获取拦截弹在不同条件下的立体攻击区域。仿真计算结果表明,为实现对目标的有效拦截,拦截弹的立体攻击区应位于目标的近正迎头空域;在当前的仿真条件下,经典比例制导律无法完成对机动目标的拦截任务;论文得出的拦截范围和相关结论对于拦截弹总体设计具有一定的指导意义。     

拦截高速运动目标广义相对偏置比例制导律

针对经典比例导引法在末制导阶段拦截高速运动目标时捕获域较小、无法有效利用导弹机动能力及难以实现碰撞角约束等问题,提出了一种广义相对偏置比例制导律。为扩大经典比例导引律的捕获域及提升其对导弹的机动利用能力,设计了一个时变导引系数,使所提制导方案可综合比例及反比例2种导引律的优势。为实现对高速运动目标的定向打击,引入了相对偏置比例,通过控制相对飞行轨迹角以实现对碰撞角的约束。为提升制导方案在拦截高速机动目标时的性能,在制导指令中对目标机动影响进行了补偿。数值仿真结果验证了该制导方案相比于经典的比例导引法具有更大的捕获域和过载利用度,以及较强的碰撞角约束能力。     

红外寻的制导空空导弹变结构比例导引律研究

经典的比例导引律不能满足近距格斗导弹大离轴发射和攻击高机动目标的要求。前人提出了多种解决此问题的制导规律,除需要目标视线角速度信息外,还需相对速度、目标加速度和剩余时间等信息,这在被动红外制导导弹上实现是十分困难的。本文以变结构控制理论为基础,给出一种只需目标视线角速度信息的新型制导律,实现了在目标机动的条件下、有限时间内目标视线角速度的零化,大幅度地改善了制导性能。仿真结果证实了设计方法的正确性。     

弹目信息在纯方位末制导中的应用

在考虑“被动测量”的条件下，探讨了通过综合利用弹目信息来获取制导所需信息的方法，设计了一种适合被动雷达寻的末制导的运动跟踪滑模制导律；根据自适应推广Kalman滤波技术设计了目标跟踪滤波器；给出了简化的末制导数学模型，并进行了仿真计算。结果表明：所给方法可以较好地提高导弹的制导精度。     

顺/逆轨拦截高速目标制导律性能对比研究

负比例制导(Retro-proportional Navigation,RPN)是一种新的制导律研究成果。使用负比例系数,顺轨拦截目标加速度方向与传统的比例制导(Proportional Navigation,PN)相反。推导了PN/RPN的线性形式及逆/顺轨拦截时的物理量差异,给出了比例系数的范围,以及所能拦截目标的速度范围;用伴随法分析了航向角误差、目标加速度对脱靶量的影响;最后通过仿真分析了PN/RPN的捕获区域及弹道特性。     

空基反助推段导弹制导技术综述

为研究空基反助推段导弹的发展现状和拦截制导面临的关键技术与挑战,对空基反助推段导弹相关的文献进行了分析与总结.空基反助推段导弹由载机发射,对处于助推段飞行的导弹实施拦截,是导弹防御体系的重要组成部分.首先概述空基反助推段系统、导弹和制导技术的发展现状,介绍了典型系统方案的作战流程、拦截弹的结构与性能以及国内外助推段拦截制导技术的研究进展.其次分析了空基助推段拦截制导面临的诸多挑战,体现在拦截弹能力有限、可用时间短、目标机动性强、拦截条件复杂和不确定性强等方面.然后提出了空基助推段拦截制导需要解决的关键技术,包括动力系统配置、发射诸元快速解算、制导指令在线修正、中末制导交班方案和拦截机动目标的高精度制导律等技术.最后总结未来空基助推段拦截制导技术的发展方向为:在线制导、高精度多模复合制导、智能化和协同制导.研究表明:空基反助推段导弹制导技术尚在发展阶段,还存在一些关键问题亟需研究解决,同时,自主规划、人工智能等理论可为关键技术的突破提供参考.     

高空动能拦截弹末制导段运动模型

针对高空动能拦截弹的拦截特点,简化拦截弹的末制导段运动方程,并利用四元数解算运动微分方程.最后,给出高空动能拦截弹末制导段六自由度仿真弹道.     

具有落角约束的弹道导弹再入末制导律设计

针对弹道导弹再入段带有终端落角约束的末制导问题,本文基于最新发展起来的模型预测静态规划技术,设计一种既可以精确地打击地面目标、又可以满足终端碰撞角要求的非线性次优制导律．本文针对弹道导弹打击地面静止目标和机动目标等飞行场景进行了数值仿真,仿真结果表明:采用该制导律可以使在整个再入飞行场景中控制能量较小．与其他具有落角约束的制导律相比,该制导律并没有对非线性运动模型采用线性化的假设,且其计算复杂性明显低于基于最优控制的终端角约束制导律．     

攻击角约束多拦截弹协同制导控制一体化研究

针对带有攻击角约束的多拦截弹协同拦截问题,基于制导与控制一体化(IGC)方法,提出了一种带有攻击角约束的多拦截弹分布式协同控制算法。首先,基于弹目相对运动关系和拦截弹俯仰通道动力学方程,建立带有攻击角约束的拦截弹"领弹"IGC模型,利用变增益扩张状态观测器(TVGESO)对模型中的未知干扰进行估计,在此基础上,基于干扰估计值和非奇异动态面滑模控制设计"领弹"控制算法;其次,采用基于"领弹-从弹"的分布式网络模式,设计多拦截弹协同控制策略,可以得到拦截弹在俯仰通道2个方向的速度分量,利用运动学转换关系转化为速度和弹道倾角参考指令;最后,基于TVGESO和动态面滑模控制设计"从弹"的控制算法。仿真结果验证所设计的带有攻击角约束的多拦截弹协同IGC算法具有较好的稳定性。