基于高斯伪谱法的弹道跟踪制导律

针对拦截临近空间高超声速飞行器的弹道跟踪过程，设计了一种基于高斯伪谱法的跟踪制导律。为了对标称弹道进行精确跟踪，基于线性二次型跟踪问题，应用最优控制理论推导最优解的充要条件，得到带时变增益的线性状态反馈控制量的表达式；基于高斯伪谱法，在离散的勒让德-高斯(LG)点上利用标称弹道数据计算差分矩阵和系数矩阵，求得状态扰动反馈控制律。仿真结果表明，该方法能够快速、有效的消除跟踪误差，满足在线实施要求。     

临近空间拦截弹最优弹道跟踪制导律

针对拦截临近空间高超声速飞行器的弹道跟踪过程,基于线性二次型调节器理论和高斯伪谱法设计一种跟踪制导律。为了对标称弹道进行精确跟踪,考虑线性二次型跟踪问题,应用最优控制理论推导最优解的充要条件,得到带时变增益的线性状态反馈控制量的表达式;基于高斯伪谱法,在离散的勒让德-高斯点上利用标称弹道数据计算差分矩阵和系数矩阵,求得状态扰动反馈控制律。仿真结果表明,与基于求解矩阵黎卡提方程的方法相比,该方法选取较少的节点即可获得高精度的反馈控制量,且运算效率大幅提高,满足在线实施要求。     

高超声速再入轨迹跟踪控制的微分变换方法

针对多约束条件下高超声速飞行器再入制导问题,提出一种基于微分变换法求解最优反馈控制的全状态标准轨迹跟踪制导律。利用滚动时域控制方法设计易于在线执行的闭环跟踪制导策略,在每个制导周期内将标准轨迹跟踪问题转化为线性时变系统状态调节器问题,并通过最优控制理论进一步转化为两点边值问题,采用微分变换法进行求解获得最优反馈控制律。数值仿真表明微分变换法的引入有效解决了传统两点边值问题求解的数值不稳定性与耗时问题,所设计的闭环制导律对状态偏差与模型不确定性具有较强的鲁棒性,可为工程设计提供有益参考。     

滑翔导弹再入拉起段弹道优化设计与制导

对滑翔导弹再入弹道进行了分段,根据再入拉起段的特性建立了弹道优化设计模型,认为导弹在再入拉起段弹道终点时应处于纵向力平衡状态,使用Gauss伪谱法进行了再入拉起段的能量最优弹道优化计算;利用基于伪谱法优化的弹道在线生成,实时产生控制指令,实现了再入拉起段的闭环弹道控制.仿真结果表明,Gauss伪谱法弹道优化具有精度高、计算时间短等特点,闭环弹道控制能较好地消除风、再入参数偏差等干扰的影响,具有应用于在线制导的潜力.     

基于Gauss伪谱法的空空导弹最优中制导律设计

研究Gauss伪谱法在空空导弹最优中制导律设计中的应用。建立空空导弹中制导律设计问题最优控制模型,首次提出采用Gauss伪谱法求解最优中制导律设计问题的思路,详细阐述了求解流程,通过仿真算例验证了求解方法的有效性,并同比例导引、打靶法等传统方法进行了对比。仿真结果表明,综合考虑性能指标、计算精度、计算效率等因素,Gauss伪谱法具有明显优势,Gauss伪谱法求解结果和求解效率与配点个数密切相关。研究结果为空空导弹中制导律设计提供理论参考。     

微小型飞行器姿态快速机动控制方法

针对某弹道导弹释放的微小型飞行器的姿态控制任务需求,提出一种基于Gauss伪谱法的姿态快速机动控制方法。建立精确的姿态控制模型,并考虑反作用飞轮的耦合力矩项;采用Gauss伪谱法获取最优姿态轨迹,设计准滑模跟踪控制器以跟踪该最优轨迹。数字仿真结果表明,Gauss伪谱法计算得到的轨迹是最优的,准滑模跟踪控制器能实现对最优轨迹的良好跟踪,且对干扰力矩有较好的抑制作用。     

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。     

高斯伪谱法在变推力导弹弹道优化中的应用

为实现对可变推力固体火箭发动机推进剂的充分利用,以近程导弹拦截目标为特定研究场景,在推进剂质量给定的情况下采用Gauss伪谱法进行弹道优化设计。该方法采用变推力控制,选用固体火箭发动机实现推力可调,由比例导引给出制导指令,研究Gauss伪谱法在变推力导弹弹道优化中的应用方法,最终得到目标函数及约束条件下的比例导引变推力优化方案。仿真结果表明了高斯伪谱法应用于可变推力导弹弹道优化设计的有效性,同时与传统发动机方案下的弹道进行对比,表明了变推力控制在导弹弹道性能上的优越性。     

大姿控力矩复合控制导弹制导控制一体化设计

针对高速机动目标拦截过程中存在目标机动信息未知等问题,提出一种结合有限时间收敛的非线性干扰观测器与动态面反步设计的复合控制导弹制导控制一体化设计方法。首先,建立了姿控模式复合控制导弹制导控制一体化模型,采用有限时间收敛的非线性干扰观测器估计目标加速度信息、建模误差以及气动参数不确定等信息。其次,基于动态面的反步法设计了一体化控制律,避免了传统反步法的"微分爆炸"问题。最后,采用Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。数学仿真结果验证了所设计的复合控制导弹制导控制一体化算法的正确性和有效性。     

远程防空导弹的新型弹道优化设计

针对新型目标的运动学特性,在总结了传统的远程拦截导弹飞行弹道基础上,建立了快速介入拦截弹道模型并对弹道进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。同时利用hp-自适应伪谱法以拦截时间最小为优化目标对其进行了优化。优化结果表明,快速介入拦截弹道能够很好的同时满足拦截快速性和较大横向修偏能力的需求。     

基于边界交叉法的高超声速滑翔飞行器多目标轨迹优化研究

针对高超声速滑翔飞行器复杂约束条件下多目标轨迹设计问题，基于边界交叉法和伪谱法提出了其多目标轨迹优化方法。首先，分析了高超声速滑翔飞行器复杂约束轨迹优化问题的特点，提出了多目标轨迹优化问题。然后，采用边界交叉法和伪谱法将多目标轨迹优化问题转化为一组单目标优化子问题，利用非线性规划算法分别求解。在优化过程中，将已求解子问题的解作为下一个子问题的初始值。利用上述方法求解了最大横程和最小峰值热流轨迹优化问题，仿真结果表明：本文方法能够有效搜索到优化轨迹的Pareto前沿，可以为高超声速滑翔飞行器轨迹设计提供参考。     

临近空间高超声速目标拦截弹弹道规划

利用弹道规划设计了针对临近空间高超声速飞行器的拦截弹道。分析了临近空间高超声速目标拦截问题,将其定性为临近空间的远程高超声速拦截,并提出弹道规划需求;设计了一种两级助推的拦截弹,建立了考虑地球曲率和自转的拦截弹质点平面运动模型;根据弹道规划需求设计弹道约束,以末速最大、与终点距离误差最小和全程热量最小为指标建立拦截弹弹道规划问题;采用粒子群算法求解弹道,结果表明:符合约束的规划弹道是高抛再入形式,与比例导引弹道和准最佳弹道相比,拦截弹大部分时间飞行在大气层外,有效降低了气动热效应影响和对弹体材料的性能需求,且为末制导段提供良好的初始工作环境。     

基于RCS的三维低可探测性轨迹优化方法

针对基于雷达散射截面(RCS)规避雷达威胁的飞行轨迹优化问题,提出了低可探测性三维轨迹优化的求解方法.通过B样条拟合构建连续可微的RCS数据模型,结合三维飞行动力学模型,建立规避雷达威胁下的飞行运动控制模型.将轨迹优化问题描述成为最优控制问题,其中飞行姿态控制、轨迹约束、边界条件作为约束条件,以降低雷达探测概率和减少飞行时间为目标函数.运用高斯伪谱法( GPM)将连续的最优控制问题转换为离散的非线性规划问题进行求解.仿真结果证明本文方法实现了求解单基地雷达和双基地雷达探测环境中低可探测性三维轨迹优化问题,有效降低了飞行过程中的雷达探测概率和暴露时间.     

隐身飞机突防建模及低可探测性轨迹规划

针对隐身飞机突防飞行规划,分析了隐身飞机对警戒雷达网突防过程问题特性,建立了雷达探测模型与组网警戒雷达信息融合模型;综合考虑隐身飞机的隐身能力、预警时间和燃料消耗将隐身飞机低可探测性轨迹规划问题形式化为一个复杂多目标非线性连续时间最优控制问题;并提出基于伪谱法的低可探测性轨迹规划方法。仿真实验实现了在组网警戒雷达下隐身飞机的低可探测性突防轨迹规划,证明了方法的可用性和有效性。     

考虑弹体动态特性的机动效率约束导引律

针对考虑交会角和过载约束导引律在大机动时能量损失大的问题,提出一种考虑导弹机动效率的多约束制导律。应用最优二次型原理推导出考虑一阶弹体延迟的时变导引系数闭环次优制导形式,将导弹机动时刻阻力系数引入时变权系数,并通过迭代确定机动效率约束边界。将时变约束表示成剩余时间与弹体延迟时间的函数,代入制导指令,进行弹道仿真。结果表明,对于常值与机动目标,文中制导律与过载约束导引律同只考虑交会角约束的导引律相比,对目标均能实现末端弹道成型要求,而考虑机动效率的制导指令分配更为合理,在避免指令加速度饱和的同时有效降低了拦截末端速度损耗,提高制导精度与毁伤效果。且该制导律中时变权系数无须配平求解,在保证精度的同时极大地提高了迭代速度。     

基于反馈线性化及滑模控制的俯冲机动制导方法

以高超声速飞行器为研究对象,针对俯冲段精确制导及机动突防问题,基于反馈线性化与滑模控制研究了机动突防滑模跟踪制导方法。首先设计纵向俯冲及侧向机动弹道,其次利用反馈线性化将非线性运动方程转化为线性方程,基于该线性方程利用滑模控制对已设计的弹道进行跟踪,最终将线性跟踪制导律转换到非线性系统中获得非线性滑模跟踪制导律,该制导律完全基于飞行器当前运动状态,所需的相对运动信息大大减少。CAV-H飞行器制导实例仿真表明,该方法能够实现俯冲段精确制导及机动飞行,且对初始及过程偏差具有较强的鲁棒性,能够为高超声速飞行器俯冲段制导提供有益参考。     

初始误差和制导工具误差估计的非线性方法

准确估计初始误差和制导工具误差是机动发射飞行器精度鉴定必须解决的重要问题之一,提出了一种基于非线性模型的误差估计新方法。给出了平台初始失准角向定向误差的转换方法,采用不动点迭代法实现真实视加速度的精确计算,将真实发射系的轨道参数表示为初始误差和工具误差的非线性函数,结合外测数据建立了同时估计初始误差、工具误差、外测系统误差、遥外测时间零点偏差的非线性模型,避免了初始误差的线性化近似。给出了Bayes极大后验估计方法,利用非线性模型和先验信息获得误差的最优估计,证明了估计方法的收敛性。仿真结果表明,所提方法提高了初始误差和工具误差的估计精度,并实现了测量数据的自校准。