视场角限制下导弹协同攻击导引律设计

为实现多枚导弹协同攻击目标，提出视场角限制下攻击时间角度控制导引律。通过在传统比例导引上增加两项偏置项，推导出一种新型攻击时间和角度控制的导引律，并用Lyapunov理论证明其稳定性。针对导弹大机动下视场角可能超过导引头视场角范围而丢失目标的问题，将用于角度控制的偏置项分为三个阶段，设计了导引头视场角限制下的导引过程。仿真结果表明：所设计的导引律可以将视场角限制在导引头视场角范围内，实现不同位置下的多枚导弹以指定角度同一时间攻击目标，达到导弹协同攻击的效果。     

带三维落角约束的寻的导弹制导与姿控系统设计

针对带三维落角约束的寻的导弹制导与姿态控制系统设计问题,提出一种基于终端滑模控制和扩张状态观测器的六自由度制导控制系统设计方法。建立包含模型不确定项的寻的导弹六自由度质心与绕质心模型,设计内外双层环路六自由度制导控制系统框架;基于弹-目三维相对运动模型和坐标系转移矩阵建立以攻角和侧滑角为输入的三维全耦合导引方程,利用终端滑模控制方法和扩展状态观测器得到期望的攻角和侧滑角并将其转化为对应的俯仰、偏航和滚转角指令;根据线性形式的寻的导弹绕质心动力学方程,设计与俯仰、偏航和滚转角相关的滑模面向量,并利用终端滑模控制方法和扩张状态观测器得到寻的导弹的副翼偏角、方向舵偏角和俯仰舵偏角指令。六自由度数值仿真结果验证了该方法的有效性和鲁棒性,并证明了该制导控制系统设计方法能以较少的控制设计参数完成预设的制导控制任务。     

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。     

带落角约束有限时间收敛滑模制导律北大核心

根据有限时间收敛定理,改进设计了带落角约束的有限时间收敛滑模导引律,证明了所提出的导引律在有限时间内,制导系统状态收敛至滑模面,同时弹目视线角速率收敛至零而且弹道角满足终端落角要求。进一步将导引律推广到考虑自动驾驶仪为一阶惯性环节延迟特性的情形。最后,仿真结果表明该导引律的有效性。     

带落角约束有限时间收敛滑模制导律

根据有限时间收敛定理,改进设计了带落角约束的有限时间收敛滑模导引律,证明了所提出的导引律在有限时间内,制导系统状态收敛至滑模面,同时弹目视线角速率收敛至零而且弹道角满足终端落角要求。进一步将导引律推广到考虑自动驾驶仪为一阶惯性环节延迟特性的情形。最后,仿真结果表明该导引律的有效性。     

基于预测碰撞点带落角约束的导引律设计

为提高导弹导引精度,增强对落角的控制,针对带倾角运动的目标,推导了攻击运动目标带落角约束的偏置比例导引律。通过在偏置项中加入导弹-目标的相对运动状态,实现对带倾角运动目标指定角度攻击;考虑到导弹带落角约束攻击运动目标时传统剩余飞行时间估计精度不高的问题,通过对弹目碰撞点的预测,在推导的导引律基础上设计了基于预测碰撞点的剩余飞行时间估计方法。仿真结果表明:在不同的落角约束下,设计的基于预测碰撞点的剩余飞行时间估计方法估计精准;推导的攻击运动目标带落角约束的偏置比例导引律攻击精度高,对落角控制强,过载分布合理。     

带落角约束三维导引律在反坦克导弹上的应用

针对现代作战环境不仅希望反坦克导弹脱靶量最小,还希望导弹命中目标时姿态最佳的问题,对传统比例导引律和带落角约束的比例导引律进行了研究,并提出了带有碰撞角约束的三维比例导引律,即在俯仰通道采用带落角约束的比例导引,在偏航通道采用传统比例导引。最后以某型自寻的反坦克导弹制导控制系统的设计为背景,通过结合导弹总体参数,建立弹体运动数学模型、制导控制系统模型、舵机模型等,并利用Simulink对其进行了仿真。仿真表明,2种导引律结合运算的方法不仅易于实现,而且具有精度高、落角变化范围大,过载小的优点。     

反坦克导弹带落角约束滑模导引律研究

为增大反坦克导弹终端落角,提高战斗部的毁伤效能,基于终端滑模控制理论,及弹目相对运动模型,选取弹目相对速度偏角作为滑模面,同时引入落角约束项,结合快速幂次趋近律,推导出了一种带落角约束的滑模导引律。采用有限时间控制理论对导引律的稳定性和有限时间收敛特性进行了证明。最后基于弹道仿真,将该导引律与带落角约束的偏置比例导引律进行了对比仿真分析,结果表明该导引律能够满足制导精度和末端落角约束的要求,脱靶量更小,落角控制精度更高,鲁棒性更强。     

具有落角约束的对地攻击自适应变结构导引律

针对空对地攻击武器对地面目标的精确打击问题,提出了一种带落角约束的自适应滑模变结构末制导律。该制导律在自适应滑模导引律的基础上,引入落角约束项,可以满足制导精度和落角的双重要求。仿真结果表明,该制导律对地面活动目标的攻击既具有较高的制导精度,又可以满足落角要求,对空地精确制导武器的作战使用具有指导意义。     

一种带落角约束的三维精确制导律

为解决三维全向攻击制导问题,提出了一种新的制导律,在理想条件下,它能同时获得零脱靶量且满足任意三维落角约束要求。该方法将二维落角控制导引律(IACNG)扩展为三维,并利用四元数理论推导三维旋转矢量修正项。它不需要提供弹目距离测量信息和剩余飞行时间估计信息,适用于主动和被动寻的制导。仿真结果表明,该制导律满足脱靶量和全向落角约束要求,且在弹道末端需用法向过载接近0。     

导弹撞击角度与飞行时间两阶段控制制导律

为了实施饱和攻击,需要对撞击角度与飞行时间同时进行控制。通过一种导弹撞击角度与飞行时间两阶段控制制导策略实现导弹撞击角度与飞行时间控制。第一阶段:基于切换滑模思想在纵向通道内对导弹飞行时间进行精确控制,侧向通道制导指令采用传统的纯比例导引律。第二阶段:切换到含重力补偿轨迹调节最优制导律对撞击角度进行精确控制,与显式制导不同,该制导律显式包含重力补偿项。设计数值仿真验证撞击角度与飞行时间两阶段控制制导方法的有效性,仿真结果表明,所给出的撞击角度与飞行时间两阶段控制制导方法能够实现撞击角度与飞行时间的同时控制。     

变论域模糊自适应滑模有限时间收敛制导律

针对拦截高速机动目标的需求,研究了一种变论域模糊自适应滑模有限时间收敛制导律。推导了导弹-目标空间拦截模型,设计了三维滑模制导律;根据有限时间收敛制导律专家的经验,采用模糊自适应控制方法对滑模制导律的非切换项进行逼近,并设计了有限时间收敛模糊控制规则;提出了一种新型变论域伸缩因子,设计了基于新型伸缩因子的变论域模糊自适应滑模有限时间收敛制导律。仿真结果表明,所设计的制导律能够使导弹准确命中目标,并能够达到视线角速率有限时间收敛,且与比例制导律相比,具有更高的制导精度和更短的飞行时间。     

非奇异快速终端滑模及动态面控制的轨迹跟踪制导律

针对飞行器跟踪预设轨迹的问题,提出非奇异快速终端滑模和角度约束的轨迹跟踪制导律。通过引入虚拟目标点,提出参考轨迹曲率半径的期望视线角约束条件,建立带有视线角约束并考虑自动驾驶仪动态特性的轨迹跟踪数学模型。为了保证在有限时间内跟踪预设轨迹并避免出现奇异问题,采用快速非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计。推导出视线角误差和轨迹跟踪误差之间的数学关系,并利用Lyapunov稳定性准则证明轨迹跟踪误差最终有界任意小。与弹道成型轨迹跟踪制导律进行仿真对比,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的跟踪性能及鲁棒性。     

带落角约束的再入机动弹头的复合导引律

针对再入机动弹头垂直打击目标的要求,研究了具有末端落角约束的复合导引律.该导引律包括俯冲平面内的制导方程和转弯平面内的制导方程,通过在最优导引律的基础上引入滑模变结构控制,增强导引律的鲁棒性.为了减小控制量的抖振和能量损耗,提出了采用RBF(径向基函数)神经网络自适应调节切换项增益的方案,数学仿真验证了该方案的有效性.仿真结果还表明,与最优导引律相比,复合导引律在外界干扰的影响下仍能保持较高的制导精度.     

考虑落角约束与驾驶仪特性的自适应RBF空间末制导律

为使大口径舰炮制导炮弹在打击近岸机动目标的末制导段满足落角约束,现考虑自动驾驶仪动态特性,基于自适应RBF逼近网络与动态面滑模提出一种空间末制导律。构建空间弹目相对运动模型,通过带改进微分跟踪器的扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模动态面,并运用自适应RBF逼近网络削弱控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了全系统中视线角跟踪误差与视线角速率均最终一致有界。仿真实验表明：该末制导律使制导炮弹在空间中打击具有不同机动形式的近岸目标时,均具备良好的末制导性能。     

随机快速光滑二阶滑模末制导律设计

针对目标随机机动、惯性延迟、参数变化等因素降低导弹末制导精度的问题,提出新型随机快速光滑二阶滑模控制方法。将目标机动简化为零均值高斯白噪声过程,制导系统成为带加性噪声随机不确定非线性系统。考虑到该系统不存在平衡点,提出有限时间二阶均方实用收敛概念,并基于此证明了所设计控制律的收敛特性。根据直接命中条件设计滑模面,得到随机快速光滑二阶滑模制导律。在尾追和迎头两种态势下,将该新型制导律与扩展比例导引、一般滑模制导律及确定性光滑二阶滑模制导律进行仿真比较,验证了该方法的正确性和有效性。     

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。