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。     

一种新的非线性末制导律设计

基于拦截机动目标的末制导问题,提出了一种新的具有鲁棒性的非线性末制导律。基于二维平面内弹目相对运动学关系,将目标机动作为有界干扰量,建立了描述弹目相对运动的数学模型。引入一阶弹体动态特性,借助于零化弹目视线角速率的思想,采用Nussbaum-type增益技术,设计一种非线性鲁棒末制导律,同时利用Lyapunov稳定性理论证明了在该制导律作用下末制导系统的稳定性。最后通过与比例导引律进行对比,数字仿真验证了所设计的非线性制导律的有效性,具有很强的鲁棒性和适应性。     

一种新的有限时间收敛的末制导律设计

针对机动目标的三维拦截问题,提出了一种基于有限时间收敛的新型末制导律设计方法。首先针对三维弹目相对运动学模型,提出了末制导律设计的基本设计原则和要求。其次,提出了一种新的非线性积分型Terminal滑模面,避免了传统Terminal滑模的奇异问题。并针对弹目相对学模型,设计一种具有鲁棒性的积分型Terminal滑模制导律,同时基于李亚普诺夫稳定性理论严格证明了在该制导律作用下,不仅可以达到零化弹目视线角速率的要求,而且也保证了末制导系统在有限时间的稳定性。最后通过对目标机动的拦截仿真,与比例导引律相比,不仅具有更高制导精度,而且也实现了制导系统有限时间的稳定。     

一种基于零控脱靶量的滑模末制导律设计

基于零控脱靶量的思想,提出一种能够有效针对大气层再入目标的滑模末制导律.首先,建立纵向平面内的弹目相对运动方程;然后利用扩张状态观测器对目标机动加速度信息进行估计,并对零控脱靶量算法进行分析,提出了制导律的设计思路;接着利用滑模变结构控制理论进行制导律的推导;最后进行仿真分析,仿真结果证明,所设计的制导律能够很好地对目标弹进行拦截,并且指令的跟踪效果也很好,从而验证了算法的有效性.     

基于几何关系的视线指令制导律研究

针对近程车载防空系统拦截空地导弹的制导问题,设计了一种视线指令制导律.首先建立了地面站、拦截弹和空地导弹三者之间相对运动模型,然后以控制拦截弹位于地面站和空地导弹连线上为目标,根据三者在空间的几何关系设计了一种视线指令制导律,并对拦截的可行性进行了分析.仿真结果验证了所设计的制导律能够有效保证地面站的安全,与比例导引律相比,提高了制导精度,缩短了拦截时间.     

零控脱靶量有限时间收敛制导律

针对高速机动目标的拦截问题,研究了一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的零控脱靶量有限时间收敛制导律。对导弹-目标三维相对运动几何关系进行解耦,并考虑导弹的自动驾驶仪动态特性,推导了一种新型三维零控脱靶量模型;在此基础上,基于自适应滑模控制理论和有限时间稳定性理论,选取俯仰平面和偏航平面的零控脱靶量为滑模面,设计了零控脱靶量有限时间收敛三维自适应滑模制导律;对该制导律的稳定性和有限时间收敛特性进行了分析和证明。仿真结果表明,与比例制导律相比,所设计的制导律可使导弹的零控脱靶量在有限时间内收敛到零,且具有更高的制导精度。     

基于微分几何的拦截弹制导律研究?

针对战术导弹的拦截问题,根据质点微分几何运动学在弧长系下及在时域内的关系,将弧长系下的微分几何制导律应用到实际的TBM拦截过程中,得到了空间中时域内的微分几何制导律以及相应的过载指令。根据拦截过程中目标的不同机动方式,采用微分几何制导与比例导引进行了仿真对比与分析,得到了两种导引律下的脱靶量与拦截时间。仿真结果表明,微分几何制导律能够在拦截过程中降低视线角速度并使其趋于稳定,在拦截开始其过载需求较大并逐渐降低至接近0,脱靶量及拦截时间都小于比例导引律,采用微分几何制导律能够在更短时的时间内进行精确拦截。     

末制导段比例导引法的改进

为了消除比例导引法末制导段的各种干扰因素,抑制法向过载的跳动,基于广义卡尔曼滤波多步估计理论,提出了将拦截导弹直接向瞬时遭遇点导引的末制导导引方法,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,该方法可以明显消除或减小末制导段比例导引律的各种干扰因素,抑制法向过载的跳动,改善末制导的弹道特性,减小脱靶量,缩短拦截时间.     

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。     

一种基于零效脱靶量的末制导律

在非线性θ-D滤波算法的基础上,将零效脱靶量直接引入到末制导律设计中。推导了利用弹目相对运动参数计算零效脱靶量的公式和利用零效脱靶量计算轨控发动机开机时间的公式,设计了零效脱靶量的数据处理方法,定义了零效脱靶量数据处理中的相关概念,设计了一种基于零效脱靶量的末制导律。经过仿真验证,该算法在精度水平略优于基于视线角速率的比例导引律,且燃料消耗水平明显优于后者,具有一定的工程实用价值。     

真比例导引律的降维分析方法

提出了三维真比例导引律的降维分析方法。首先研究视线的运动规律,提出了视线的两种旋转角速度及其计算方法,建立了视线运动方程与新的弹目相对运动方程。其次通过对弹目相对运动的分析,发现在三维空间中存在视线瞬时旋转平面,可以在该平面内构造二维制导律,以应用于三维拦截问题的制导控制。然后将空间真比例导引律不加任何近似与线性化直接引入视线瞬时旋转平面,使其维度从三维降为二维,并对其制导特性进行了分析。最后通过仿真对比分析,验证了真比例导引律降维分析方法的有效性。     

基于双模预测的大气层内拦截弹中制导律研究

大气层内目标拦截弹的中制导过程除了要满足中末制导交班要求,还要满足多种控制和轨迹约束。针对该问题,首先建立基于虚拟目标的次最优常系数中制导律,再结合双模预测控制思想,提出一种新的双模预测中制导律,并通过模型变换和牛顿-辛普森算法的采用,简化在线计算量。所设计的预测导引律不仅能够显式处理状态和输入约束,还能在常系数次优化导引律的基础上进一步优化性能指标。仿真结果证实了该方法的有效性。     

复合制导末制导律优化方法研究

对最速下降优化方法进行了改进,并利用改进的最速下降优化方法,优化了复合制导导弹的末制导律,仿真自寻的中制导段采用最佳预测制导律、末制导段采用纯比例导引律的比例系数Ｋ的最优值。复合制导,末制导,优化方法     

时域下空间曲线曲率及挠率问题的研究

空间域下拦截弹制导问题可转化为空间曲线进行研究,由空间曲线论的基本定理可知该曲线的曲率和挠率能够完全确定曲线的性态,由此可通过曲率和挠率的调整来确定拦截弹的制导路径,从而实现对目标弹的有效拦截,基于此思想,将几何中弧长域下的Frenet公式转化为时域下的Frenet公式,并建立了视线运动方程和弹目相对运动方程,在此基础上推导了曲率和挠率的指令公式,相对于比例导引律及大量的现代制导律,采用几何的方法更加直接,为拦截弹制导及相关问题的进一步研究提供了思路.     

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。     

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.     

基于GPS简易制导火箭弹控制系统设计研究

提出了一种基于GPS简易制导火箭弹的比例导引加重力补偿的控制方法。制导火箭弹利用GPS的实时测量的飞行状态参数,并与目标的运动状态参数进行对比,生成弹目视线角(lineof-sight,LOS)的变化率,随后按照比例导引律进行制导控制。并利用简易惯导系统进行重力补偿,可以实现纯比例导引律的功能,同时可有效增大末端落角,提高作战毁伤效能,具有一定的工程实际意义。     

顺/逆轨拦截高速目标制导律性能对比研究

负比例制导(Retro-proportional Navigation,RPN)是一种新的制导律研究成果。使用负比例系数,顺轨拦截目标加速度方向与传统的比例制导(Proportional Navigation,PN)相反。推导了PN/RPN的线性形式及逆/顺轨拦截时的物理量差异,给出了比例系数的范围,以及所能拦截目标的速度范围;用伴随法分析了航向角误差、目标加速度对脱靶量的影响;最后通过仿真分析了PN/RPN的捕获区域及弹道特性。     

中制导虚拟目标的定位参数研究

基于虚拟目标的优化导引中制导拦截弹道轨迹及其能耗与虚拟目标的位置紧密相关,决定该位置的参数包括中末制导交班距离和视场基准角等.首先研究了弹道特性随定位参数的变化规律并提出通过滚转实现视场基准角的负取值,在此基础上得出满足多约束条件的虚拟目标定位参数的设置方法.利用该方法所产生的虚拟目标与相应的优化导引律结合,可以很好地满足中制导的要求.     

一种改进的扩展比例导引律及其仿真

针对比例导引制导导弹攻击机动目标阶段,系统状态可观测性弱的问题,在扩展比例导引律的基础上提出了一种改进方法。该方法形式简单,易于工程实现。建立了弹目相对运动模型,基于被动跟踪的可观测性理论建立了可观测性指标,并对改进的比例导引的可观测性进行理论分析,采用MATLAB语言,对改进比例导引法的理想弹道进行了仿真,绘制出随导弹与目标参数变化的三维图像,对理想弹道的特性进行了分析。仿真结果表明,这种改进的比例导引是合理有效的,与扩展比例导引相比,该制导律能够明显提高制导过程中的可观测性,增强弹上跟踪滤波器的效果。