多弹协同末制导方法综述

多弹协同是导弹制导领域近年来重要的研究方向。本文基于任务需求、通信结构、约束条件等分类标准,对当前多弹协同末制导策略进行分类总结,对时间协同制导律、空间协同制导律、时空协同制导律的研究现状进行梳理,分析了现阶段协同制导面临的关键问题,如剩余飞行时间估计问题、机动目标协同拦截问题、闭环协同制导信息配准问题、闭环协同弹间通信问题等,提出了未来多弹协同末制导技术的4个研究方向：大机动目标协同拦截技术、面向真实场景的鲁棒协同制导技术、智能化自主化协同制导技术、协同作战并行交互式设计技术。     

带有攻击角约束的机动目标协同拦截制导律

随着来袭目标机动突防方式的不断丰富,现有制导律存在脱靶量较大、毁伤效果有限等问题。针对上述问题,提出了一种考虑攻击角约束的协同拦截制导律。将机动目标引起的视线角速率变化视为扰动,利用扩张状态观测器对扰动进行估计并补偿。结合有限时间一致性理论,设计了从弹沿视线方向的制导律,使其剩余飞行时间在有限时间内收敛至领弹值附近。基于快速终端滑模面,设计了视线法向的制导律,对末端攻击角进行约束。针对多种典型的机动目标进行了仿真试验,验证了所设计的制导律的有效性。     

临近空间防御作战拦截弹制导与控制关键技术综述

为满足临近空间高超声速目标防御作战需求,聚焦拦截弹超远程超高速拦截制导和控制关键技术,对"中制导"、"中末制导交接班"、"末制导"、"直接力/气动力复合控制"以及"多拦截弹协同拦截"等五个方面的研究进展进行综述,围绕"基于区域分割的多拦截弹协同弹道生成"、"基于分布式优化的多拦截弹协同弹道修正"以及"多拦截弹协同末制导...     

多防御弹主动防御系统协同一致拦截

针对目标-攻击弹-防御弹群（TAD）系统中防御弹群需协同目标进行主动防御并实现同时拦截攻击弹目标的问题，对TAD系统在二维平面下的协同主动防御模型进行了研究，并提出了包括虚拟领弹、目标以及防御弹群的两层协同制导策略，问题采用基于非线性模型预测控制（NMPC）的一致性协议算法进行求解。两层制导策略分别是第一层中的虚拟防御弹领弹协同目标进行主动防御并得到攻击弹位置信息，第二层是真实防御弹群针对确定位置的攻击弹采用基于模型预测控制的一致性算法，实现同时到达并拦截攻击弹。第一层协同制导主要考虑保护目标在安全范围内，以及目标和虚拟防御弹的加速度约束，第二层协同制导主要考虑防御弹群的加速度约束。两层制导均通过基于NMPC的方法优化，计算出目标和防御弹群的协同控制量。仿真结果表明，提出的多防御弹主动防御系统协同一致拦截制导算法能够实现TAD系统中目标和防御弹群的协同主动防御。     

增强探测信息可观测性的主动防御滑模协同突防制导律

针对敌方来袭拦截弹制导策略未知的主动防御协同突防场景,考虑目标弹-防御弹单向和双向协同配合模式,采用滑模控制方法提出了兼顾拦截弹探测信息可观测性和防御弹反拦截精度的协同突防制导律。构建了融合空间探测构型需求和拦截成功必要条件的滑模面,分别应用双幂次趋近律和带状态反馈的指数型趋近律,推导了目标弹-防御弹的单/双向协同制导律。相较于单向协同,双向协同通过引入加速度代价函数,应用最优化方法优化了协同突防制导律,目标弹通过协作机动帮助防御弹降低打击来袭拦截弹的过载需求。仿真结果表明,协同滑模突防制导律可确保目标弹和防御弹达到期望的空间探测构型,并能够精准地打击来袭拦截弹。     

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。     

基于积分滑模的自适应固定时间协同制导律

针对空空导弹协同攻击高速机动目标问题,提出一种带有攻击时间一致的多弹协同制导律。首先,在纵向平面内建立各导弹与目标交战几何模型,分析视线径向、法向制导律和速度法向加速度之间关系。然后,设计固定时间协同控制律,并利用自适应律和积分滑模算法在视线方向动力学方程基础上建立攻击时间约束的鲁棒协同制导律,保证多枚导弹同时击中机动目标。通过数值仿真可得,协同时间与脱靶量差异分别为0.001 s和0.01 m,最终结果验证了固定时间协同制导律的有效性与合理性。     

考虑零控拦截的中制导最优弹道修正

针对临近空间防御作战问题,设计了考虑零控拦截的中制导段最优弹道修正算法。通过分析末制导阶段拦截弹和目标的相对运动关系,推导得到了零控拦截条件,此条件由目标和拦截弹的速度比以及二者速度矢量和视线之间的夹角唯一确定;针对目标信息更新造成的基准弹道不满足零控拦截条件的情形,提出了在中制导段进行最优弹道修正的方案,调整中制导和末制导交接班时刻拦截弹状态,以重新满足零控拦截条件;通过对基准弹道满足的最优化条件以及横截条件进行再次求导,推导得到了控制量的补偿量,此补偿量的求解考虑到了拦截弹的初始状态偏差以及终端约束偏差,确保了指令解算的可实现性。通过仿真验证了所提方法的有效性以及优越性。     

舰空导弹超视距拦截制导律设计与指令解算

针对舰舰协同制导舰空导弹超视距拦截低空飞行目标问题,在初制导段,设计了一种指数型制导律,保证导弹由发射姿态平滑快速地转至装定角;在中末制导段,应用最优控制理论,设计了对目标机动和视线角速率量测噪声具有强鲁棒性的最优制导律;考虑地球曲率,以经纬度位置为基准,通过一系列坐标变换,将目标信息变换到发射坐标系下,建立了制导律所需各种信号指令的解算模型.仿真结果验证了协同制导指令解算模型的正确性和制导律的可行性与鲁棒性.     

水下微分对策协同拦截制导策略

为提高对未知目标的拦截能力,基于博弈理论,研究了一种由水下拦截器和我方舰艇协同防卫来袭目标的微分制导策略。该策略在三方对策关系基础上,结合视线指令构造协同约束,建立三方自导约束模型,以终端脱靶量和最小能量为性能指标进行协同对策制导律设计。利用伴随原理解决终端问题方法导出具有反馈控制的“零效脱靶量”,并以滚动时域法对制导参数进行实时预测。通过对可捕获条件下不同制导方式来袭目标的拦截仿真表明：在相同条件下,该制导策略弹道性能良好,不受目标机动形式的限制,具有较强的鲁棒性和稳定性。     

动能拦截临近空间飞行器的复合制导律设计

针对临近空间飞行器进行拦截,设计了一套复合制导律,并给出各制导段间的交班条件及参数设计。考虑临近空间飞行器典型的机动方式,对目标进行拦截仿真,对比分析了拦截弹采用复合制导律和比例制导律的仿真结果,以及交班对拦截的影响,实现了动能拦截临近空间飞行器。     

大气层外拦截弹制导律设计与仿真

研究了地基动能杀伤拦截弹拦截低轨目标的制导方法．设计了对目标预测拦截点进行攻击的拦截弹飞行过程中的制导律,提出了一种确定目标预测拦截点及在拦截过程中修正预测拦截点的方法;通过仿真分析验证了方案的可行性．     

大气层外拦截弹制导律设计与仿真

研究了地基动能杀伤拦截弹拦截低轨目标的制导方法.设计了对目标预测拦截点进行攻击的拦截弹飞行过程中的制导律,提出了一种确定目标预测拦截点及在拦截过程中修正预测拦截点的方法;通过仿真分析验证了方案的可行性.     

视场约束下攻击角度及时间控制三维协同制导

针对导弹有视场角约束、攻击角度约束以及攻击时间约束等多约束条件下的制导问题,基于虚拟命中点策略,提出了一种两阶段三维空间多约束协同制导律。基于障碍李雅普诺夫函数,设计了满足视场角约束的期望攻击角度的三维制导方案。利用快速迭代算法构造出满足期望时间约束的虚拟命中点,将制导过程分为满足视场角约束的期望攻击角度制导（FOV-constrained IACG）和比例导引制导（PNG）两个阶段。基于空间交战几何关系,给出了等效最大视场角计算方法,保证视场角全程满足约束。分析表明,当满足攻击角度约束和攻击时间约束后,对于静止目标可采用PNG制导继续满足上述约束。仿真结果表明,所提出的制导律能够解决三维空间中多弹对静止目标的期望攻击角度及时间,且满足视场角约束的协同攻击问题。     

空基动能拦截弹制导控制系统综述

弹道导弹在未来战争中具有很大的威胁,利用空基动能拦截弹拦截处于助推段飞行的弹道导弹是世界各国正在研发的先进拦截技术之一。系统地论述了空基动能拦截弹的发展现状,构建了弹道导弹助推段拦截的作战流程,分析了弹道导弹在助推段的飞行特性,探讨了动能拦截弹制导控制系统的研究进展,在此基础上,重点指出了动能拦截弹制导控制设计需要解决的一些问题。     

网络化协同制导条件下的舰空导弹作战效能分析

针对网络化条件下舰空导弹协同制导对作战效能的提升问题,从舰空导弹火力通道工作过程的分析入手,根据协同的"聚合"和"互补"特性以及协同制导技术的发展水平,将协同制导分成了联合制导和接力制导两类。通过对不同协同制导方式下舰空导弹作战效能的分析,可以看出,不同平台联合制导可降低制导误差,提高单发导弹的杀伤概率;而多平台接力制导的实现将增大对目标的拦截纵深。协同制导对舰空导弹作战效能的提升在战术上需要编队灵活确定编队队形和间距,在技术上需要发展空中中继制导平台,提高舰空导弹飞行速度并保证数据传输精度。     

基于SA-IGSO的它机协同制导-攻击匹配

为增强协同空战战术的灵活性,提高目标攻击的及时性和有效性,重点研究“武器发射平台-制导平台-目标”三者之间的优化匹配问题.在分析了它机协同制导攻击流程的基础上,建立相应的协同制导-攻击匹配模型,设计一种模拟退火算法和改进萤火虫算法相结合的混合优化算法对模型进行求解.仿真实验结果表明所设计的算法能在较短时间内求解“武器发射平台-制导平台-目标”三者之间的优化匹配问题,且收敛性能较好,优化精度较高.     

动能拦截弹三维末制导律设计

通过非线性系统反馈线性化得到动能拦截弹的精确线性模型,根据动能拦截弹脱靶量分析结果和制导精度要求,结合直接力控制特点,设计了拦截弹三维末制导律。仿真验证了所设计制导律的有效性,满足拦截高空高速目标的技术需求。     

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。     

带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律

为提高攻击时间控制制导律的鲁棒性和工程适应性,以弹目拦截几何关系为基础,采用滑模技术设计了一种带导引头视场角约束的无奇点攻击时间控制制导律。通过Lyapunov理论证明了该制导律的稳定性和收敛性。理论分析及仿真结果表明：当攻击时间误差变为0 s时,该制导律可演变成纯比例导引律,末端需用过载变化平缓、命中点处为0 g;所设计制导律可有效实现静止目标拦截、多导弹协同攻击等场合的攻击时间控制。