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。     

摆动式突防对比例导引弹道的影响分析及仿真

为提高弹道机动的有效性或合理设计拦截制导律,需要定性分析突防弹与拦截弹间的法向过载关系、视线角速度变化规律、拦截弹道的稳定性等问题.对相对运动方程的相关参数进行合理简化后,推导了由于突防弹机动引起的拦截弹比例导引弹道的视线角速度及需用法向加速度的解析公式;在考虑拦截弹制导系统时间延迟时,分析了比例导引弹道的稳定性条件;针对突防弹进行正弦机动的弹道模型,进行了拦截仿真,验证了解析公式的合理性.     

拦截跳跃式机动目标的制导律设计

针对攻击型临近空间飞行器的跳跃机动突防对常规拦截导弹提出的挑战,本文首先建立了视线坐标系下的三维弹-目相对运动方程,引入目标跳跃幅度变化率估计目标跳跃机动的能力,基于滑模变结构控制理论,设计了随弹-目距离和目标跳跃幅度变化率自适应调节的滑模趋近律,推导了视线坐标系下导弹的三维制导律。其次,采用轨控直接力控制技术,设计了直接力/气动力复合控制的分配方案。仿真结果表明:采用该制导律与控制策略的拦截弹能够精确拦截高速、大机动目标,同时拦截弹弹道平缓,需用过载和能量消耗均较小。     

基于无迹变换的协同探测与速度方向控制制导律一体化设计

飞行器协同探测相比于单飞行器探测具有精度更高、抗干扰能力更强的优势。传统制导控制设计过程中通常将目标定位跟踪和制导算法进行解耦设计,但实际上制导算法需要实时估计的目标位置等参数作为输入,而制导算法也会影响目标跟踪状态和测量方程的构建以及观测条件,两者存在较高的耦合度。解耦分别设计会造成一定的信息缺失,降低估计和制导精度。针对这一问题,本文构建了一种基于无迹变换的协同探测与制导一体化设计方法,一方面将协同探测目标定位算法引入制导律中,利用融合的目标位置估计均值和方差作为制导算法的输入,将制导过程作为一个随机矢量的非线性传播过程,利用无迹变换获取飞行控制角的均值和方差。仿真实验验证了该方法与传统的速度方向控制滤波算法定位相比,既能提升探测精度,同时满足较低的过载,较好地对飞行器的速度方向和姿态进行控制。     

拦截临近空间飞行器零控脱靶量计算方法

为精确预测拦截高速飞行的临近空间飞行器时的零控脱靶量,根据拦截临近空间飞行器的特点对拦截弹及目标飞行器动力学模型进行了合理简化,推导了拦截弹与目标飞行器相对运动状态解析表达式,得出了一种具有较高精度的零控脱靶量解析计算方法。为验证该算法精度,建立了尽可能接近真实情况的动力学模型,并采用数值积分方法进行仿真对比,结果表明该算法精度较高。将该算法应用于一个简单的中制导律,证明了其在拦截临近空间飞行器时的可行性。     

基于微分对策的拦截末段突防导弹机动突防制导律研究

为提高弹道导弹在拦截末段机动突防性能,基于微分对策理论对三维空间中的机动突防制导律进行研究。从视线倾角和视线偏角的变化率模型出发建立拦截-突防双方的运动模型;推导了双方在拦截末段的最优制导律;在Simulink下搭建仿真平台,并选取不同参数组合进行多次仿真。仿真结果表明,本文提出的突防制导律可使脱靶量达到12m,突防效果明显。     

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。     

剩余飞行时间估计改进算法研究

针对末制导中剩余飞行时间估计算法误差较大,致使制导精度偏低的问题,提出速度弹道轨迹法和弹目视线平均速度法以精确估计剩余飞行时间。速度弹道轨迹法是通过对速度通过的弹道轨迹进行分割积分计算来求解剩余飞行时间;弹目视线平均速度法是在弹目视线上实时计算平均速度的方法来求解剩余飞行时间。将其应用于多约束条件下的飞行器最优末制导律中,仿真结果表明新算法具有很高的估计精度。     

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。     

基于信号分解的防御弹制导律辨识方法

针对飞机对敌方防御弹制导律辨识的问题,提出一种对相对运动信息进行经验模态分解并采用支持向量机分类的辨识方法。建立了防御弹和飞机的相对运动模型,并根据典型作战场景构建了防御弹可能采取的制导律模型集。针对雷达测量的防御弹与飞机间的视线角速度及距离变化率信号,采用经验模态分解算法对其进行信号分解,提取并构建不同制导律的特征能量带。建立“一对一”多分类支持向量机模型对不同制导律的特征能量带样本进行分类,从而实现制导律的辨识。仿真结果表明,本研究提出的基于经验模态分解算法和支持向量机模型的制导律辨识方法能够以较高精度实现对样本集中制导律的辨识。     

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。     

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DGL/IMM算法的随机机动弹头拦截研究

讨论了反导拦截高速随机机动再入弹头弹道末段的制导律和滤波器设计。基于线化假设和完全信息对策模型,推导出微分对策制导律(DGL)的表达式。在此基础上考虑一般拦截情形,即非完全信息对策以及测量含噪声,提出采用交互式多模型滤波(IMM)估计状态变量,推导出滤波方程,并与以往方法进行比较,仿真分析表明所提出的算法滤波效果好,运算量低,脱靶量均值小,而且对于未知目标机动模式有很强的适应能力。     

目标飞行器反拦截协同制导策略

为了提高目标飞行器的突防能力,基于视线(LOS)指令制导原理设计了一种协同制导策略.在建立目标飞行器、防御弹以及攻击弹相对运动模型的基础上,证明了LOS制导的可行性,得到了防御弹和攻击弹的加速度关系,并给出了防御弹的LOS指令制导算法;然后,将目标飞行器和防御弹作为一个协同体,为目标飞行器突防进行逆比例制导设计.该协同...     

基于七维状态向量反向无迹卡尔曼滤波的弹道外推算法

针对弹道模型误差、参数估计误差以及外推距离过长导致定位精度低的问题,建立了基于七维状 态向量的反向无迹卡尔曼滤波外推算法。为精确建立状态模型,该算法将弹道系数作为状态参量,纳入滤波过程。采用无迹卡尔曼滤波算法,以提高非线性估计精度。此外,由于正向滤波外推距离长,模型误差积累大,该算法采用反向滤波处理,将雷达测得的首点作为滤波终点,通过4阶龙格-库塔方程外推炮位。仿真结果表明,该算法定位精度相较原算法提高约50%.     

弹道修正弹落点预报方法研究

为了根据空中飞行弹箭的一段实测弹道参数,准确预报弹道落点,并实施弹道修正,实现对目标的精确打击,在阐述弹道修正弹飞行原理的基础上,建立了扩展卡尔曼气动参数辨识弹道模型。该模型可对一段实测弹道参数进行弹道滤波,辨识出空中飞行弹丸的实际阻力和升力符合系数,并能较准确预报其后续飞行弹道。数值计算结果表明,经扩展卡尔曼弹道滤波后,能有效剔除测量弹道参数的噪声,且坐标滤波方差、阻力和升力符合系数迅速收敛;预报弹道落点的精度与飞行弹道参数的测量时间和采样时间间隔有关,考虑到实时弹道预报方法的预报弹道落点精度和解算时间等,飞行弹道参数测量时间宜取6~8s,采样时间间隔宜在60~120ms范围内选取,为弹箭实现弹道修正提供了参考。     

基于容积卡尔曼滤波的全捷联制导信息估计算法

针对全捷联制导弹药视线角不能直接测量的问题,提出基于容积卡尔曼滤波(Cubature Kalman Filter,CKF)的全捷联制导信息估计算法。该算法根据制导弹药弹道特性以及弹目相对运动特性,建立弹体运动模型及弹目视线模型作为状态模型;利用弹体与目标的几何关系以及坐标系间的转换关系得到的惯性系下的弹目视线角度,建立量测模型;针对所建立模型非线性程度较高的特点,采用容积卡尔曼滤波的方法对弹体姿态角以及弹目视线角进行滤波估计。建立数字仿真模型进行验证,实验结果表明,该算法能够满足制导信息精度的要求,并且具有一定的稳定性。     

弹道导弹主动段样条滤波算法

对弹道导弹主动段进行跟踪是弹道导弹主动段防御中极其重要的任务,它是制导拦截的基础。针对传统方法在弹道导弹主动段跟踪能力不足,建立了弹道导弹主动段样条滤波算法。该滤波算法首先用样条函数建立了主动段运动模型,其次在此基础上将运动状态进行了解耦,建立了状态方程,最后基于解耦模型,应用Kalman滤波进行了状态估计,并且在估计中设计了模型更新方法,使算法具有很好的机动跟踪性能。仿真实验证明,该跟踪算法估计精度高于其它算法。     

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。     

基于三点法拦截几何的导弹滑模制导律设计

针对传统的三点法制导律在六自由度弹道仿真时的应用限制,设计了一种基于三点法弹目拦截几何的滑模制导律。在地面坐标系下利用方向余弦阵,推导出了三维空间中三点法制导律的弹目拦截几何; 将目标机动视为模型扰动量,建立了三点法拦截几何的状态空间方程; 基于滑模控制理论,通过选取合适的滑模面并通过极点配置确定其参数,设计了一种滑模制导律; 依据Lyapunov稳定性理论,对所设计的制导律进行了稳定性证明并进行了数值仿真。仿真结果表明,在导弹整个飞行过程中,坐标原点、导弹和目标始终都在一条直线上,严格符合三点法弹目拦截几何,并且制导指令相对平滑,符合实际需求。