基于深度强化学习的导弹末端约束角制导律

拦截碰撞角约束制导可以增加空空导弹的毁伤能力,而传统的比例导引律无法对导弹的打击角度进行约束。为控制空空导弹的拦截碰撞角,提出了一种基于深度强化学习的偏置比例导引律,完成了以特定倾角拦截目标的任务。引入了导弹剩余飞行时间作为强化学习模型的部分状态量,提升了智能体的学习收敛速度。与传统的比例导引律和基于落角约束的最优导引律进行了仿真对比实验。仿真结果表明,所提出的制导律在保证精准拦截目标的同时,对导弹末端碰撞角的控制精度也大于其它约束角制导律。     

基于Matlab的比例导引弹道仿真分析

介绍了比例导引法的导引规律,推导了基于比例导引规律的拦截弹弹道方程.给出了一种目标做正弦机动飞行的轨道方程,并采用Matlab对拦截弹拦截目标进行了目标拦截仿真.分析了拦截弹速度和目标速度,以及导引系数对拦截弹弹道的影响,研究了导弹实际飞行中弹道曲率与法向过载的关系.     

具有终端约束的地面目标拦截比例导引

为实现地面移动目标的有效拦截,研究了一种具有终端约束的二阶段比例导引.对传统的比例导引进行了分析,在满足最小制导比例系数时,无法实现对于地面目标的全角度约束拦截;对二阶段比例导引进行了研究,该制导律主要分为导弹姿态调整制导和目标拦截制导2个阶段.采用实际二维导弹模型对结果进行了仿真,结果表明,该制导律可实现目标的有效拦截且具有较小的终端拦截角度误差.     

具有定常加速度的导弹导引规律

提出了一种有定常加速度的导弹用的新的导引规律。当目标速度和导弹加速度均为定常值时,存在一条取决于导弹和目标初始位置的直线拦截弹道。利用该导引法可以引导导弹沿这条弹道飞行。实际应用该规津时,需要有导弹和目标的速度矢量值以及导弹与目标的相对位置矢量值。因为测量这些变量比较困难,所以提出采用一种只用剩余时间和导弹速度的初始值构成该导引规律的简化方法。这两种数据可在导弹发射前从发射系统或发射载机上获得。为比较这种导引方法与比例导引法的性能,对一平面模型进行了仿真研究。仿真结果表明,采用这种导引法所产生的导弹加速度量值小于比例导引法所产生的加速度量值。     

弹道导弹再入段跟踪制导算法研究

首先针对弹道导弹再入大气层后的弹道轨迹进行仿真建模。为解决当前目标跟踪算法中机动模型与再入类目标实际运动不匹配的问题,采用了基于弹道模型的目标跟踪算法。获得滤波结果中来袭导弹目标的每一时刻位置及速度信息后,利用比例导引制导方法,可以实现对来袭目标和拦截弹理想弹道轨迹的三维数据仿真。仿真结果表明,算法可以对导弹目标进行稳定的跟踪,对拦截弹进行精确的制导。     

近程防空导弹拦截巡航导弹的建模与仿真

为有效提高导弹的杀伤能力,对近程防空导弹拦截巡航导弹进行建模与仿真。对近程防空导弹武器系统的探测和杀伤区进行分析,计算导弹的发射区。根据防空导弹的导引规律,建立对巡航导弹的拦截模型,根据导弹的杀伤区、搜索跟踪雷达对目标的发现距离等计算出导弹的发射区。利用MATLAB进行仿真,计算拦截次数、每次拦截时目标距离发射阵地的距离及拦截总时间,并根据不同的杀伤区,对导弹速度与拦截次数的关系进行仿真。该方法具有一定的通用性,可为提高导弹战术技术性能提供参考。     

防空导弹杀伤区的BP神经网络解算模型研究

采用神经网络对防空导弹杀伤区进行解算是防空导弹杀伤区计算方面的一次尝试，它实现了对防空导弹杀伤区与目标飞行诸元之间非线性关系的逼近，避免了一般解算防空导弹杀伤区的繁锁算法，且解算精度和实时性能够满足武器系统的作战需求，这对于确定防空武器系统杀伤区的计算模型，防空C^3I拦截区计算和防空作战仿真提供了一个新思路。     

基于遗传规划的空空导弹攻击区拟合

针对传统空空导弹攻击区多项式拟合方法拟合模型固定,拟合精度较差等问题,提出一种基于遗传规划的空空导弹攻击区拟合方法.首先建立遗传规划空空导弹攻击区拟合模型,然后利用遗传规划算法对攻击区进行拟合,得到攻击区拟合多项式模型,最后通过非线性回归的方法对拟合得到的多项式模型进行回归分析,修正模型系数,得到最终的空空导弹攻击区拟合多项式.仿真实验证明了该算法比传统多项式拟合算法拥有更高的拟合精度.     

带落角和时间约束的网络化导弹协同制导律

对网络化导弹的协同攻击问题进行了带命中落角约束和攻击时间约束的协同偏置比例导引律研究。对单枚导弹给出了带命中落角约束的偏置比例导引律,并推导出了对应的导弹剩余攻击时间的估算表达式。针对网络化导弹系统,根据各导弹的剩余攻击时间之差对偏置比例导引律中的比例系数进行调节,设计得到了同时满足命中落角和攻击时间约束的协同偏置比例导引律,进一步从理论上证明了该导引律能够使多枚导弹的攻击时间趋于一致。网络化导弹制导系统数学仿真实验结果表明,协同偏置比例导引律及剩余攻击时间估算方法是有效和正确的。     

利用强化学习开展比例导引律的导航比设计

为提升导弹的制导性能，在比例导引的基础上，分别利用蒙特卡洛强化学习和Q-learning强化学习开展导航比的设计。采用蒙特卡洛强化学习的导航比设计方法，对导弹飞行过程进行粗略分段；利用Q-learning强化学习的导航比设计方法，用飞行时间、视线角速度、预计遭遇时间及目标特性等对制导环境进一步细分，根据环境和状态的变化，自适应地调整比例导引的导航比，以获得最佳的飞行制导策略。基于某型防空导弹，利用上述方法分别开展导航比设计，从全空域弹道库中随机抽取批量弹道进行仿真计算，并与传统经验设计进行对比分析。仿真结果表明，采用强化学习方法设计的导航比能够显著降低边界弹道的脱靶量，说明该设计方法能够切实提升导弹的制导拦截能力。     

适于地磁导航的高精度区域地磁场建模研究

从地磁匹配导航的原理出发,分析并提出了开发地磁匹配导航需要解决的关键技术问题。针对现有地磁场模型精度偏低、模型边界效应等问题,深入分析了传统补充国际地磁参考场值的缺陷。提出了采用边界插值约束的Taylor多项式拟合法,建立适合地磁匹配导航的高精度地磁场模型,为匹配算法提供可靠的参考依据;并提出了多项式最佳插值截断阶数的算法;最后,进行了仿真试验。试验证明：该技术具有优于补充国际地磁参考场值建立高分辨率模型的方法,可以提高模型的分辨率,改善建模过程中存在的边界效应问题。     

天线罩寄生回路影响与自校正控制在线补偿

以雷达寻的导弹的制导系统设计为应用背景,建立了天线罩寄生回路模型,采用无量纲方法分析了寄生回路对制导系统稳定性及制导性能参数的影响。基于极点配置自校正控制理论提出了一种天线罩寄生回路的在线补偿方法,并进行了仿真验证。研究结果表明,天线罩误差斜率的存在导致寄生回路的生成,从而削弱整个制导系统的稳定性,且随着剩余飞行时间的减小,制导系统稳定性恶化加剧,寄生回路会改变制导系统的有效制导时间常数和有效导航比,从而影响制导精度。所提补偿方法能够有效地完成对寄生回路的在线补偿,且具有良好的适应性和鲁棒性,从而达到了增强制导系统稳定性,改善制导系统性能的目的。     

扩展弹道成型末制导律特性分析与应用研究

基于剩余飞行时间的指数函数构建了扩展的权函数和目标函数,引入常值机动目标,利用最优控制理论,扩展得到最优弹道成型制导律簇。针对无制导动力学滞后的制导系统,利用施瓦茨不等式,求解得到了在初始位置误差、方向误差、目标常值机动及终端落角约束作用下的制导律加速度指令解析解。分析指出,当罚函数中剩余飞行时间的指数大于0时,加速度指令在弹道末端趋近于0.利用无量纲化方法和伴随法,研究了含有一阶动力学滞后的制导系统在初始方向误差和终端落角约束作用下的无量纲位置和角度脱靶量特性。结果表明:当末导时间为制导系统动力学滞后时间常数的15倍左右时,落角约束、初始方向误差引起的位置和角度脱靶量均趋近于0;且初始方向误差角和终端落角方向相反时的位置和角度脱靶量要小于二者同号时的情况。     

含落角约束打击运动目标偏置比例制导律设计

以打击地面运动目标为研究对象,提出了一种带落角约束的偏置相对比例制导律。利用弹目相对运动关系,将运动目标视为一个虚拟静止目标。进而,实际的制导指令可转化为虚拟制导指令,即相对飞行轨迹角变化速率的设计问题。再依据相对关系,采用瞬时变化及小角度假设推导得到了偏置指令项。通过要求相对飞行轨迹角速率与视线角成比例并包含一个附加偏置项,实际弹道倾角的约束控制可通过间接控制相对飞行轨迹角实现。由于所提制导方案需要剩余时间,推导得到了一种针对运动目标并考虑比例项和偏置项的剩余时间估计方法。仿真结果表明,该制导律可以对运动目标实现全向打击,并具有良好的制导性能。     

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。     

带初始前置角和末端攻击角约束的偏置比例导引律设计以及剩余飞行时间估计

针对导弹飞行过程中受到外部干扰导致前置角变化较大的问题,设计了满足任意初始前置角和末端攻击角度约束的偏置比例导引律,并对该导引律下系统参数的收敛性给出了证明。基于现有分段迭代求解剩余飞行时间的方法进行拓展,解决了现有分段迭代求解方法在前置角等于π/2 rad时存在奇点的问题,并用该改进方法给出了该导引律的剩余飞行时间估计。对提出的导引律和改进的分段迭代求解方法进行仿真,结果表明：该导引律能够满足任意初始前置角和末端攻击角度约束下导弹的脱靶量和末端角度要求,且在飞行末端加速度指令收敛至0;与以往研究结果相比,该导引律在前置角大于π/2 rad时能够实现对导弹的更有效控制;使用改进的分段迭代求解方法对提出的导引律进行剩余飞行时间估计,估计误差小,误差收敛快。仿真结果验证了该偏置比例导引律和剩余飞行时间估算方法的有效性。     

图像制导空地导弹攻顶弹道方案研究

空地制导武器侵彻战斗部为达到最佳毁伤效能,在保证精度的同时,对落角提出了严格的要求.首先基于二次型最优理论推导了满足落点及落角约束的最优制导律.以远程图像制导空地导弹为背景开展攻顶弹道方案研究,针对纯惯导使用条件要求,提出了末导时间tgo算法,同时制导律参数以导引头框架角约束实现自适应.通过仿真计算验证弹道方案的可行性.     

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。     

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。