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。     

一种近空间高超声速飞行器的制导律设计与仿真

为了实现一种由助推、近空间巡航和俯冲攻击组成的高超声速飞行器攻击弹道以对付具有大机动能力的目标,采用粒子群优化方法一体化设计高超声速飞行器的固体火箭助推器和助推弹道;巡航段水平面内采用一种3维虚拟目标比例导引律,纵向平面内基于非线性系统奇异摄动理论和虚拟目标导引方法设计一种次最优组合制导律;俯冲攻击段基于随机跳变系统理论设计一种最优制导律.3维全弹道仿真结果表明所设计的制导律合理,中制导律能够有效衔接助推段和俯冲攻击段,末制导律能够有效实现攻击大机动目标的制导任务.     

基于Q-Learning算法的再入飞行器制导方法

针对再入飞行器制导方法需要根据人工经验调整参数才能适应不同远近、方位目标点的问题,提出"智能预测校正制导"的概念,将飞行环境构建为包含千万量级状态点的状态空间,采用强化学习算法训练制导模型参数,纵向制导依然采用基于定攻角剖面的倾侧角迭代方法,横向制导则利用Q-Learning算法训练横向翻转决策器。结果表明,该算法训练制导模型有较快的收敛速度,集成多个决策器的打靶成功率达到0. 973。基于QLearning算法的再入飞行器制导方法消除了原有方法基于规则的横向制导逻辑对飞行器附加的一些不必要约束,使飞行器在复杂任务中发挥其较强的机动能力成为可能,有望应用于规避多禁飞区的轨迹规划研究。     

高升阻比滑翔飞行器再入制导方法研究

针对高升阻比滑翔飞行器再入段制导方法的工程需求,提出了“改进的预测-校正制导+定向末制导”方法作为再入段制导方法。通过调整其横向制导的误差边界,解决了飞行器在交班点附近出现的横向误差不收敛问题,同时兼顾了较大的横向机动距离,发挥了飞行器高升阻比的特性。对预测-校正制导流程进行了改进,从而赋予了飞行器在线变更目标点的能力。在距目标一定距离时切换为末制导律,采用约束落点弹道倾角和航向角的广义比例导引法,实现对目标的定点定向打击。蒙特卡洛仿真结果表明,该制导方法对各项误差有较强的鲁棒性,具有较好的应用前景。     

滑翔飞行器弹道在线规划及制导技术研究

针对目前弹道在线快速规划及制导方法的不足,充分借鉴离线弹道规划方法和拟平衡滑翔弹道在线规划方法的优点,并与跟踪制导方法相结合,提出了一种应用于滑翔飞行器的弹道在线快速规划方法及制导方法,有效提高了长时间滑翔飞行器大气层内飞行的自主性和灵活性。结果表明:弹道在线快速规划方法可以在弹载计算机上快速生成一条远程飞行轨迹,制导方法对规划出来的标准弹道的跟踪效果较好,适应偏差能力强。弹道在线快速规划及制导方法简单可靠、容易实现,具有较好的工程应用价值。     

远程机动飞行器能量管控制导方法

针对远程机动飞行器速度散差大幅增加、导致轨道环境显著恶化的问题,提出一种具备较强工程实用性的新型能量管控制导方法,这种方法能够实时根据飞行器能量状态给出较优的飞行轨迹方案,进而确保飞行器能以理想的终端速度和当地弹道倾角命中目标.大量仿真结果验证表明,提出的远程机动飞行器能量管控策略是合理、有效的.     

一种非线性方案弹道跟踪算法

为了保证飞行器对方案弹道跟踪的精确性,设计了一种输出指令为加速度值的三维非线性制导律.选择方案弹道上的点作为参考点,利用飞行器的位置及速度信息,得出一种导引飞行器跟踪曲线弹道的非线性过载制导指令.从时域角度分析了参考点的选择方法.仿真结果表明,采用非线性制导律能够保证飞行器准确跟踪设计弹道,满足高精度制导要求.     

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。     

弹道修正迫弹制导方法与制导精度研究

针对传统迫击炮弹落点精度差,打击精度低,设计了迫击炮弹弹道修正算法,采用摄动落点偏差预测法、自适应比例导引法、自适应比例微分导引法对弹道进行修正。建立了六自由度弹道模型及控制模型,阐述了摄动落点偏差预测法和比例导引法基本原理; 针对比例导引律中常值比例系数不符合实际弹道变化的特点,在纵向平面设计了自适应比例导引律,横向平面设计了自适应比例微分导引律。采用蒙特卡洛模拟打靶仿真验证,考察制导律在纵向平面、横向平面以及复合制导的修正能力。仿真结果表明,在纵向平面,自适应比例导引律效果最好; 在横向平面,自适应比例微分导引律效果最好。仿真分析了3种制导方法的复合制导效果。仿真结果表明,在纵向平面升弧段采用摄动落点偏差预测制导方法,以及在降弧段纵向平面采用自适应比例导引律、在横向平面采用自适应比例微分导引律的复合制导能力得到有效提升,迫击炮弹落点圆概率误差从无控时的126.317 m降为0.965 5 m。大射角、小射程条件下模拟打靶,圆概率误差为1.864 3 m。     

基于免疫变结构的远程地空导弹机动突防弹道

针对远程地空导弹在拦截远距离目标时,容易被敌方防御系统发现并拦截的问题,提出了基于免疫变结构的远程地空导弹机动突防弹道。该弹道根据视线角速率跟踪有界振荡信号的思想,应用滑模变结构理论,考虑中末制导交班的约束条件,设计了一种机动突防中制导律,同时应用免疫反馈原理对滑模变结构控制中出现的抖振进行抑制和补偿。仿真分析表明,提出的机动突防制导律的正确性和有效性,该制导律显著地提高了远程地空导弹的机动突防能力。     

基于反步法和非线性动态逆的无人机三维航路跟踪制导控制

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律;在控制内环,以非线性动态逆理论和奇异摄动理论为基础,设计由机动指令生成器、角度转换器、慢回路姿态控制器和快回路角速度控制器所组成的飞行控制模块,对制导外环给出的制导指令进行快速精确地跟踪。基于Lyapunov稳定性理论证明了无人机航路跟踪制导控制方法的稳定性。通过对比分析无人机6自由度模型下的三维航路跟踪仿真,说明所提出的制导控制方法能够使得无人机精确地跟踪参考航路,从而验证了该方法的有效性、合理性。     

一种三维非线性免疫变结构制导律

针对导弹拦截过程中对目标机动未知的问题,将滑模变结构理论与免疫反馈理论相结合,设计了一种非线性免疫自适应变结构制导律。该方法首先根据李亚普诺夫稳定性理论,在滑膜变结构制导律的基础上,对目标的机动加速度进行自适应估计,消除了拦截过程中机动加速度干扰的非线性影响。其次应用免疫反馈的抗干扰和鲁棒性能,对滑模变结构控制中出现的抖振现象进行抑制和补偿。仿真结果表明,该制导律在目标作机动变速逃逸时仍能取得较好的拦截效果。     

基于TLC方法的空-空导弹三维末制导律研究

针对导弹与目标之间的非线性运动学关系,在平行接近原理的基础上,结合轨迹线性化控制（TLC,trajectory linearization control）方法,为某型空-空导弹研究设计了一种新型的三维末制导律。仿真结果表明,所设计的基于TLC方法的制导律是有效的,且在目标机动情况下比传统的比例制导律以及滑模变结构制导律具有更好的制导性能。     

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。     

高阶滑模制导律的设计与实现

针对机动目标拦截问题,应用高阶滑模控制方法,设计了高精度制导律。在制导律设计过程中,针对目标机动,基于增广比例导引设计了滑模变量,考虑二阶弹体动态特性,设计了二阶滑模制导律。应用高增益扩张状态观测器对制导信息进行估计,完成了制导律的实现。数值仿真结果验证了方法的有效性。     

基于滑模技术的舰舰导弹导引律设计

根据舰舰导弹跟踪机动目标的需求，提出一种基于滑模技术的导引方案，应用Lyapunov方法设计出相应的导引律，该导引律只对目标运动加速度的取值范围有要求，对目标加速度具有很好的鲁棒性。仿真计算表明，该导引律性能优于理想比例导引律。     

Study on Guidance Law of UAV Net Recovery System

The design and realization of a net recovery system is introduced, which can recover UAV （unmanned aerial vehicle） reliably and safely. The mathematical model is built, and the horizontal and vertical guidance law is studied based on the aerodynamic parameters and actual flying trial data of a certain UAV. The simulation result shows that this system can realize the recovery safely, stably and accurately.     

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。     

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、...