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。     

落角约束对制导精度的影响

为探讨落角约束导引律与空对地制导武器的制导精度之间的关系,针对采用惯性/卫星组合导航体系的制导武器引入了带三维落角约束的导引律。采用几何分析和线性二次型问题的最优控制解相结合的方法,分别得到了脱靶量与终端落角的关系和末段需用过载与终端落角的关系。得出了落角约束制导律能够减小目标高度定位误差的影响从而提高制导精度的结论,并通过蒙特卡洛法进行了仿真验证。     

扩展的多约束最优制导律及其特性研究

为满足侵彻攻击空地导弹末端制导要求,解决当前多约束制导律终端攻角控制问题,设计了包含受剩余飞行时间决定的控制量权函数,并引入到最优问题的目标函数中,基于线性二次最优控制理论推导得到一种扩展的多约束最优制导律。利用指令随时间变化解析表达式及伴随系数法,对制导律加速度指令变化规律及无量纲脱靶量特性进行了研究,证明了制导律指令的收敛性,从而为终端攻角控制创造了有利条件。同时,讨论了制导律增益n的设计原则。结合工程应用的需要,分别提出了一种制导初始条件设计方法及最大需用加速度的估计方法,可有效减小导弹末端机动。通过仿真验证了制导律及分析结论的有效性。     

图像制导导弹落角约束的制导律设计

针对某些图像制导导弹限制终端攻击角的作战要求,提出一种落角约束最优导引律。该导引律形式简单,易于工程实现。仿真结果证明,能满足脱靶量小的要求,对于某些机动的目标,该制导律都能够以期望的终端攻击角度命中目标,对于目标的机动具有较好的鲁棒性。     

考虑导引头耦合作用的带落角约束制导律设计

针对制导火箭弹弹体与导引头之间的动力学耦合等问题,提出了一种带落角约束的制导律设计方法。首先,考虑到飞行过程中导引头和弹体之间的耦合作用,建立了方位俯仰捷联式导引头的二自由度数学模型以及制导火箭弹的六自由度数学模型,然后,考虑到实际工程应用中导引头与弹体之间的动力学耦合因素,将导引头框架偏转角作为制导信息,设计了一种带落角约束的制导律,实现最大毁伤效果。最后,通过仿真分析验证了所设计的带落角约束制导律能够在保证落角精度的同时降低脱靶量。     

被动寻的式侵彻炸弹的制导律设计

针对被动寻的式侵彻炸弹的特点,设计了具有末端落角约束的变结构制导律,并采用将制导指令经过一阶低通滤波器的方法,实现对弹体攻角的估计.将该制导律用于电视制导侵彻炸弹的数学仿真,通过仿真讨论了制导律参数对制导效果的影响.仿真结果表明,该攻角估计方法是可行的,该制导律能够同时满足脱靶量和末端落角的要求,达到侵彻炸弹控制弹着角的目的.     

带落角约束的有限时间收敛末制导律研究

针对导弹末制导过程中的终端落角约束的问题,基于滑模控制和有限时间控制理论,设计了一种有限时间收敛末制导律。利用终端滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够有限时间收敛到0的特点,选取终端滑模面,引入落角约束项,采用有限时间稳定性理论对导引律的有限时间收敛特性进行了证明,并给出了收敛时间的数学表达式。将该末制导律与其他2种带落角约束的导引律进行了对比仿真。结果表明,利用该制导律,制导武器能以更高的命中精度和更小的落角偏差命中目标。     

多约束条件下对地攻击的最优制导律

针对现代空地武器多约束、高精度制导的基本需求,本文将空地武器三维运动分解成俯仰平面和转弯平面两个平面运动,以此为基础分别设计制导律。在制导律设计过程中,综合考虑脱靶量、落角、入射角、导弹动态特性等多约束条件,运用二次型最优控制的黎卡提方程推导出一种新的韦0导律,并给出了0阶无时延系统的近似表达式。最后运用典型弹道仿真和对比试验验证了该制导律的可行性和良好的弹道性能。结果显示该制导律不但能够满足多约束高精度制导的需要,而且对末端攻角控制和早期弹道修正具有较大的优势。     

基于 G-MPSP 算法的非线性制导律研究

针对带有末端多约束的非线性制导问题,运用通用模型预测静态规划（ G-MPSP）算法设计了一种快速求解连续时间系统具有终端落角约束的非线性最优制导律。该算法通过向后迭代求解小维数权矩阵微分方程对控制量进行更新,将动态优化问题转化为静态优化问题,计算效率得以提高。考虑目标以不同的方式机动,仿真结果表明,末端位移偏差小于1.0 m,末端角度约束偏差可控制在0.1°范围内,该制导律能够满足脱靶量和末端角度双重要求,法向过载在整个制导过程中变化平缓。     

带末端角度约束的离散滑模制导律设计

为了提高导弹的命中精度,基于平面内弹目运动方程的离散形式,设计了一种带有角度约束的离散滑模制导律;基于李雅普诺夫理论分析了滑模制导的稳定性与可达性条件;然后将该制导律与带有角度约束的离散比例制导律进行比较,结果表明,设计的制导律更满足角度约束条件且具有更小的脱靶量,最后采用蒙特卡洛仿真验证了该制导律的普遍适用性。     

制导炸弹自适应比例末制导律研究

针对制导炸弹采用捷联导引头和进行侵彻型攻击的技术要求,设计了一种具有终端角度约束的自适应比例导引律。基于经典比例导引关系,首先以期望落角为性能指标推导出变系数导引律,然后利用反馈的误差信息对导引系数进行自适应闭环校正,以增强导引律的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的制导律具有较高的制导精度,并且满足落角约束要求。     

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。     

一种导弹终端侵彻多约束最优制导方法

针对地面目标精确打击及高效毁伤的需求,提出一种满足终端位置、落角及攻角约束的最优制导方法。利用比例导引项、落角约束项及加速度约束项保证终端命中多种约束条件,并且设计制导阶次实现全程加速度指令的优化分配,保证命中目标时的加速度指令收敛为小量。通过仿真计算验证了该制导方法能够满足精度、落角及攻角等终端约束条件,同时具有更好的加速度指令特性,有利于增强导弹的精确毁伤能力。     

自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律

针对打击机动目标带攻击角度约束的末制导问题,提出了一种带攻击角度约束的制导律。基于弹目相对运动模型,将攻击角度约束问题转化为终端视线角约束问题。设计了一种新型非奇异快速终端滑模面,结合改进的超螺旋算法,提出了一种自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律。该制导律能够使弹目视线角及其角速率有限时间收敛,并设计了参数自适应律有效补偿未知扰动。通过仿真实验,验证了所提制导律能以期望攻击角度精确命中目标,且与现有制导律相比,收敛速度更快,制导精度更高,能量消耗更少。     

考虑目标机动和落角约束的二阶滑模制导律

针对末制导阶段导弹以期望的终端落角攻击高机动目标的需求,将Super-twisting算法与自适应滑模扰动观测器相结合,提出一种满足终端落角约束的二阶滑模制导律。目标机动带来的干扰导致系统扰动的上界未知,将目标加速度视为系统扰动,设计自适应滑模扰动观测器对系统扰动进行在线估计,通过对观测器增益进行自适应调整,克服传统观测器选取增益时依赖扰动上界的缺陷。设计改进的Super-twisting算法作为制导律的趋近律,在降低抖振的同时使制导律可充分利用导弹的过载能力,从而提升系统的收敛速度,解决传统Super-twisting算法中系统状态远离平衡点时收敛速度慢的问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明该制导系统能在有限时间内收敛。数学仿真结果表明：自适应滑模扰动观测器和所设计制导律有效,自适应滑模扰动观测器能够准确跟踪系统扰动,所设计的制导律能够满足期望的终端落角约束,且具有较高的命中精度,脱靶量小于0.2 m。     

变质心非自旋弹头的变结构制导律研究

将弹头-目标相对运动关系分解为纵向平面和侧向平面内的相对运动关系,对非自旋弹头的制导问题进行了研究.为了保证非自旋弹头打击地面目标时的脱靶量和末端落角同时满足要求,提出了一种变结构制导律,该制导律在滑模面设计中同时包含了脱靶量和末端落角两种因素.采用指数趋近律方法来分别设计了纵向平面和侧向平面内的变结构制导律.仿真结果表明,所提出的变结构制导律不仅保证了脱靶量指标,而且使非自旋弹头以期望的末端落角命中目标,有效地提高了对目标的毁伤强度.     

电视制导侵彻炸弹落角约束变结构制导律

针时电视制导侵彻炸弹需要控制弹着角的要求,研究了具有末端落角约束的变结构制导律．谊制导律包含了重力对弹道法向加速度的影响,将制导指令经过一阶低通滤波器滤波,实现对弹体攻角的估计．通过数学仿真,讨论了制导律参数时制导效果的影响,检验了制导律在不同投弹备件和不同期望落角下的制导效果．仿真结果表明,所采用的攻角估计方法是可行的,该制导律能够满足侵彻炸弹在攻击固定目标时对脱靶量和弹着角的双重要求．     

基于扩张状态观测器的攻击角度约束制导律

为满足现代战场对拦截弹特定攻击角度约束的要求,设计了一种自适应滑模制导律。以弹目视线角与视线角速率为状态变量,在二维平面建立了制导模型;采用一种自适应滑模趋近律,设计了具有攻击角约束的制导律;采用扩张状态观测器,对目标机动进行估计补偿,并用于所设计的制导律。进行了仿真分析,结果表明,所设计的制导律能够引导拦截弹以期望的角度命中目标,对于目标的机动具有一定的鲁棒性,能有效实现对目标实行特定角度攻击并基本满足零脱靶量的要求。     

战术导弹制导律设计

以某型战术导弹制导控制系统的设计为背景,总结了制导律设计中涉及的弹道特性的一些问题;分析了制导律设计中涉及的主要参数;对比例制导律弹道的一般特性进行了分析研究,并提出了修正的比例制导律。仿真表明,修正比例制导律具有拦载时间短、脱靶量小的优点。     

导引头量测误差对落角约束最优制导律制导精度的影响

为研究导引头量测误差引起的落角约束制导系统制导精度问题,引入扩展的落角约束最优制导律,考虑导引头视线角速率零位误差、视线角零位误差和导引头探测器角噪声,利用无量纲化方法和伴随函数法对制导精度进行研究。研究结果表明:当无量纲末导时间大于15时,由视线角零位误差引起的脱靶量基本收敛到0,落角误差收敛到稳态值;大的导航系数有利于消除视线角速率零位误差对制导系统的影响;导航系数越大,探测器角噪声引起的稳态脱靶量/落角误差也越大;提高导引头的响应比提高驾驶仪的响应更有利于提高制导精度。