滑模变结构导引律在动能拦截器上的应用研究

由于大气层内动能拦截器控制系统具有非连续性、不确定性,为了提高动能拦截器控制系统的抗干扰性和机动性,设计了一种新的滑模变结构导引律.通过末制导弹道仿真,将其应用于动能拦截器末制导导引拦截三维螺旋机动目标,结果表明,滑模变结构导引律具有响应快速,简单易行,有效对付高机动目标等优点,对于KKV拦截三维螺旋机动目标有很好的鲁棒性.     

弹道导弹中段机动突防制导律研究

针对弹道导弹飞行中段的突防制导问题,首先建立了弹道导弹飞行中段机动突破EKV拦截的仿真模型;其次,基于微分对策求解出最优追-逃策略,并以此确定了弹道导弹机动突防制导律;最后,通过仿真对该制导律的突防效果进行了验证,并探讨了机动起始时间对拦截脱靶量的影响.仿真结果表明,合理地选择机动起始时间,拦截脱靶量可达10 m以上,能有效突破EKV拦截.     

机动高速目标的全向拦截制导律研究

针对机动高速目标拦截制导问题,建立了全向拦截机动高速目标的相对运动方程,推导并设计了能同时进行顺轨和逆轨拦截的全向真比例(OTPN)制导律,无需对目标加速度的估计和增加修正项即可满足对机动目标的拦截制导,能有效避免目标机动参数估计误差对制导精度的影响。数值仿真结果验证了OTPN拦截制导律可有效拦截机动高速目标,同等初始条件下,OTPN在捕获范围、弹道特性、过载变化、总控制量等拦截参数上均优于传统的经典比例、负比例及其扩展制导方案。     

大气层外拦截自适应模糊滑模制导律研究

针对大气层外拦截器拦截不确定性机动目标问题设计三维空间末段导引律.将自适应模糊控制与滑模控制相结合,采用自适应模糊系统在线调节滑模控制的切换增益,实现对目标机动的补偿.仿真计算结果表明,提出的自适应模糊滑模制导律制导精度高、鲁棒性强,能够成功实现对目标的拦截,并保证了视线角速率的不发散.     

侧窗探测的变结构制导律设计

为了解决拦截器导引头采用侧窗制导的问题,给出了拦截器的轨道拦截运动方程.针对需要保持侧窗视线角稳定的要求,根据以视线角和视线角速度为变量的状态方程,采用了自适应滑模变结构控制的制导律,并根据拦截器轨控发动机和拦截器运动学的数学模型进行了仿真,得到了较好的拦截效果,验证了制导律的正确性.     

碰撞角约束的全向拦截制导律研究

针对空间拦截制导律设计中的碰撞角约束问题,通过在全向真比例制导律中增加并实时求解时变偏置角速率的方法,设计了带约束碰撞角的全向真比例制导律(Angle-Constraint Omnidirectional True-Proportional Navigation,ACOTPN),解决了顺、逆轨拦截模式下对末端碰撞角的切换、装订和控制问题。该制导律能根据目标和拦截器的运动关系自主选择顺轨或逆轨拦截模式并装订末端碰撞角进行拦截制导,碰撞角控制精度高。AC-OTPN可通过调整理想的末端碰撞角以增强碰撞效能,使得相对质量、体积较小的拦截器同样具备较强的毁伤能力,为拦截器的小型化设计和携带更多的子拦截器提供技术支撑。     

基于激光测距仪信息的模糊控制导引方法

针对动能拦截器在大气层外完成拦截任务的末制导问题,利用激光测距仪的测距信息、红外导引头与惯性测量设备的测量信息,推导了弹目相对运动信息的计算方法,及基于相对运动信息计算待飞时间与零效脱靶量的计算公式.设计了一种基于零效脱靶量的模糊控制末制导律,兼顾节省燃料与满足制导精度要求.通过数学仿真验证,该方法具有较高的制导精度和鲁棒性,且燃料消耗较少.     

一种基于变结构控制的制导律的设计

针对平面拦截问题,将目标机动作为一类有界干扰,利用变结构控制理论推导出对目标高速机动具有强鲁棒性的制导律.在非线性运动学模型的基础上提出了一种新的变结构制导律,该制导律不需要得到目标精确的加速度和速度方位信息,因而更便于工程实现.仿真结果表明,该制导律对目标的机动具有强的鲁棒性.     

动能拦截器的动力学建模与轨道控制

文章简单介绍了反TBM动能拦截器的组成、性能特声、与飞行拦截过程,并以高层拦截TBM为背景,建立了稀薄大气层内拦截器的动力学模型,提出了实现直接碰撞动能杀伤目标的轨道控制方法,最后给出了末制导段的弹道数字仿真结果,并分析了拦截器的弹道特性。     

基于TBM机动再入的GBKI中制导段控制分析

针对TBM机动再入的突防手段,基于零控脱靶量的引导方法,论述了GBKI拦截TBM中制导段的控制需求。运用微分对策的方法建立了拦截弹、来袭TBM的运动模型及弹目相对运动模型,得出GBKI末段高层拦截TBM中制导段的最优控制律,并进行了案例仿真分析,印证了GBKI末段高层拦截机动再入的TBM须适当增大拦截弹前置角的结论。     

拦截高速机动目标的捕获区及微分对策导引律

针对高速机动目标拦截场景,研究末制导段捕获区存在条件及微分对策导引律问题。建立弹目相对运动模型并引入控制动力学模型,采用终端投影方法对相对运动模型进行降阶处理;基于微分对策理论推导一种解析形式捕获区,并具体到直/气复合控制导弹对机动目标的拦截中,该捕获区的存在能够保证对任意机动目标进行准确捕获;重新选取性能指标,将目标与直/气复合控制导弹在末端带有碰撞角约束的制导问题转化为零和微分对策问题,并求解出弹目最优拦截策略。仿真分析了几种情形下直/气复合控制导弹对目标实施拦截的捕获区存在域,导引律仿真结果表明微分对策导引律在对高速机动目标进行拦截时具有优良性能。     

具有脉冲变轨推力的拦截器末制导律研究

针对一些末制导律不能直接应用于具有脉冲变轨推力的拦截器的难题,提出了将连续变化的加速度指令通过死区滞环非线性化的方法,为上述制导律在具有脉冲变轨推力的拦截器中的应用架起了一座桥梁.以滑模制导律为例介绍了这种应用方法,仿真表明,应用该方法能够把视线转率限制在较小的范围之内,从而实现对目标的拦截.该处理方法应用简单,易于工程实现.     

预测拦截导引方法

本文介绍了一种名为“预测拦截”的新型导弹导引方法,并提供了一个运用这一新的制导概念的范例。这一新的制导方法的要点是在导引律的推导中考虑了目标机动参数。在此导引律的推导中使用的机动目标具有法向和切向的加速度。用于模拟某些假设或真实拦截情况的程序已被开发出来,模拟结果表明:在所有情况下,采用本导引律的导弹轨迹均为直线或近似直线。     

拦截高速机动目标分段最优制导律研究北大核心

能量管理是在远距离拦截高速、频繁机动的目标时必须要考虑的问题,因为此时不仅拦截弧段长、拦截飞行时间也更久,拦截制导律设计不能不计能量代价地跟随目标机动。通过将非线性弹目运动关系降阶,在运用最优控制理论的基础上,引入分段线性阻尼项,提出了一种针对高速、机动目标的最优制导律,可以满足终端碰撞角约束及能量管理需求。该方法得到的制导律可令导弹在拦截高速机动目标时,对目标机动的敏感度随弹目距离而变化,并分析了不同的分段线性阻尼对拦截弹道的影响。通过二维非线性仿真验证了制导律的性能。     

拦截高速机动目标分段最优制导律研究

能量管理是在远距离拦截高速、频繁机动的目标时必须要考虑的问题,因为此时不仅拦截弧段长、拦截飞行时间也更久,拦截制导律设计不能不计能量代价地跟随目标机动。通过将非线性弹目运动关系降阶,在运用最优控制理论的基础上,引入分段线性阻尼项,提出了一种针对高速、机动目标的最优制导律,可以满足终端碰撞角约束及能量管理需求。该方法得到的制导律可令导弹在拦截高速机动目标时,对目标机动的敏感度随弹目距离而变化,并分析了不同的分段线性阻尼对拦截弹道的影响。通过二维非线性仿真验证了制导律的性能。     

攻击机动目标的非线性H∞制导律研究

应用非线性H∞控制理论,在建立导弹与目标相对运动数学模型的基础上,研究了一种拦截机动目标的鲁棒H∞制导律.这种鲁棒H∞制导律将目标的机动加速度视为有界的外界扰动输入,导弹的加速度视为控制输入,实现了导弹制导的鲁棒性.仿真表明,这种鲁棒H∞制导律具有很好的鲁棒性和良好的拦截效果,能够有效地拦截机动目标.     

基于视线角速率的自适应滑模导引规律

针对被动导引头仅能提供视线角速率信息,难以构建有效的攻击机动目标的制导律的问题,利用末制导的初始弹目距离及接近速率,首先设计了一种基于滑模理论的制导律。该制导律能够实现对机动目标的有效攻击,但需要已知目标机动能力上限且制导指令存在抖振现象。为了克服上述制导律中的不足,在新制导律中引入了一个自适应参数项,并通过稳定性分析证明了改进后的自适应滑模制导律在理论上的正确性。改进后的制导律一方面降低了初始弹目距离和接近速率的影响,另一方面增强了视线角速率在拦截过程中的作用,这样在仅使用视线角速率的条件下达到了攻击机动目标的目的。最后,通过拦截2种机动目标的仿真结果进一步说明的该制导律的有效性。     

一种适用于拦截高速目标的末段导引律

基于在视线坐标系中的导弹-目标相对运动模型,以控制导弹-目标视线角速度趋于零为基本思想,设计了一种末制导律,用于拦截高超声速目标。以脱靶量和能量消耗为约束条件,以目标无机动时有很好的性能为目的,首先设计了最优制导律;然后,基于滑模控制理论,选择合适的滑模趋近律,对所设计的最优制导律进行改进得到最优滑模制导律;用李雅普诺夫理论证明了该制导律的稳定性,分析了该制导律参数选择条件。仿真结果表明,与最优制导律相比,所设计的制导律对目标机动有较强的鲁棒性,能以直接碰撞的方式拦截高超声速目标。     

大气层内反战术弹道导弹最优制导数学模型

论证了反导导弹对战术弹道导弹弹头进行迎头拦截的必要性与可能性。对机动弹头,在反导系统能测出其机动加速度的条件下,研究了迎头拦截最优制导律的数学模型及其实现问题。     

拦截高速机动目标偏置比例制导律研究

针对制导过程中碰撞角约束问题,提出了一种偏置比例导引律。该导引律采用时变的自适应导航比,兼备了顺轨和逆轨拦截能力,并可拦截高速机动目标和低速机动目标。针对机动目标推导了时变偏置角速率偏差的平面解析解,并且给出了自适应导航比的表达式;将平面制导律向三维扩展,给出了二维加速度与三维总加速度的计算关系,提出了三维期望碰撞角的实现方法。通过与3种导引律对比,验证了所提出导引律在碰撞角误差、脱靶量和控制力等方面均有优势。