空间拦截零控脱靶量与末段制导能量需求的近似计算

基于理想二体假设下的弹道方程解析式,忽略重力在拦截末段对拦截器和目标运动状态的影响.推导了空间拦截初始制导偏差与终端零控脱靶量之间的线性近似计算式,并以速度增量的大小来近似描述拦截末端主动寻的制导段的能量需求,给出了拦截末段制导最小能量需求与零控脱靶量、探测距离之间的近似关系.通过数字仿真测试了近似计算的准确性.     

视线角加速度导引律分析及仿真应用研究

针对红外制导导弹拦截大机动目标时制导精度下降的问题,引入视线角加速度导引律,在对其原理进行分析的基础上,利用伴随系统理论对引入视线角加速度导引律后的导弹平稳性和脱靶量进行了仿真分析与验证。仿真结果表明,视线角加速度导引律能有效降低目标机动及入射角偏差所引起的脱靶量,性能良好。     

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.     

指令制导导弹系统的脱靶量分析

本文阐述了一种估算采用综合比例导引律的指令制导导弹系统最小脱靶量的理论分析方法,揭示了系统参数值对系统性能的影响是拦截距离的函数。并运用伴随理论建立了关于统计脱靶量的解析方法,推导了可实现最小统计脱靶量的系统最优时间常数。可使设计者在各种系统参数、约束条件及拦截条件下将脱靶量降至最小。     

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.     

倾斜转弯导弹的最优制导

文章给出了一种最优制导规律,用于控制倾斜转弯导弹俯仰加速度和滚转速率。文中对导弹的动力学方程做了线性化的假设,自动驾驶仪假设为零延迟,利用线性指数二次高斯性能判据及哈米尔顿－雅可比－贝尔曼方程求得了制导规律的闭合解。此外,为了防止因噪声而引起过大的滚转速率指令而引入了常加速度偏量。这就表明,最优控制增益明显地计及了系统和观测噪声协方差,因此,脱靶量的平均值、最大值和标准值的偏差可得到减小。利用传统的线性二次型高斯方法与所研究的最优制导规律做了比较,证明了文章提出的制导规律性能良好。     

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.     

垂线偏差对弹道导弹命中精度的影响

本文讨论垂线偏差对弹道导弹命中精度的影响。首先,通过导弹主动段飞行中垂线偏差影响的分析,获得关机点条件的摄动。然后,通过对脱靶系数的分析,得出结论:必须用考虑地球旋转的关机点参数来计算脱靶系数。文章导出利用不考虑地球旋转的关机点参数求取考虑地球旋转关机点参数的解析表达式。利用这个解析结果,可以计算在任意发射条件下的关机点参数,而无需去积分微分方程组,用这些关机点参数即可计算脱靶系数。就本文提供的方法与直接积分弹道方程的计算结果而言,脱靶量的相对误差小于2%,绝对误差约为30米。最后,本文给出全程制导下计算垂线偏差的脱靶量的表达式,并对惯性制导修正脱靶量的方法进行了讨论。     

仅用测量视线速率的准最优制导规律

本文给出了一种新的准最优制导规律,它采用有相位超前补偿的比例导引法。制导增益、相位超前和最大相位超前量出现时的频率是根据导弹和目标的动态延迟来确定的。准最优制导规律的实现除了需要视线速率外不需要其它任何信息。为了验证准最优制导规律的性能是良好的,采用了线性寻的系统和真实的非线性寻的系统进行了仿真研究,将准最优制导规律的性能与古典比例导引法的性能做了比较,获得了如下的一些结果:1) 在线性寻的系统中当存在发射误差或目标做等加速运动时,为使脱靶量达到设计要求,准最优制导规律的最小剩余时间与比例导引法相比可以减小一半。2) 准最优制导规律产生的加速度值小于或等于比例导引法的加速度值。3) 准最优制导规律由于采用相位超前补偿,它对测量噪声的敏感性要比比例导引法高。因此设计者根据测量噪声情况必须精心设计噪声滤波器。4) 真实的非线性寻的系统仿真结果与线性的寻的系统伤真结果性能是相同的。通过结果比较可以得出结论,准最优制导规律用于对付高机动目标是一种很有效的制导规律。     

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。     

一种适用于地基拦截弹高空拦截弹道导弹的制导方法

研究了地基拦截弹高空拦截中近程弹道导弹的制导方法。首先,对目标预测拦截点进行拦截的拦截弹运载段的制导方案进行了研究,给出了一级飞行程序模型和二级导引规律,同时提出了一种确定目标预测拦截点的方法,并通过仿真分析论证了方案的可行性。     

伴随函数法与最优制导律性能分析

为选择适合先进空空导弹使用的制导律,以最小能量需求和零脱靶量作为目标函数,使用最优控制理论在相应假设条件下推导得到了5种最优制导律:比例导引制导律(PN)、增强比例导引律(APN)、PN-M制导律、PN-MT0制导律和PN-MT制导律。介绍了伴随理论以及原系统变换为伴随系统的方法,建立了脱靶量伴随系统和加速度伴随系统,利用伴随函数理论对比分析了各制导律闭合回路中脱靶量和末端需用加速度随末导时间的变化规律,并使用蒙特卡洛方法结果与伴随法结果进行了对比。结果表明,伴随法结果与蒙特卡洛结果精确一致,但伴随法的效率是蒙特卡洛方法的几百倍。通过分析结果可知,PN-MT制导律的性能最优,脱靶量和末端需用加速度均为零;当末导时间足够时,PN-M制导律性能接近于PN-MT制导律;PN-MT0制导律性能优于APN和PN,但次于需求信息量更少的PN-M制导律;而未利用导弹动力学信息的PN和APN制导律末端需用加速度非常大。     

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。     

超音速反舰导弹拦截策略仿真

为了研究舰空导弹对超音速反舰导弹的拦截效果,首先建立了真比例导引舰空导弹的三维矢量拦截模型,在分析反舰导弹弹道特点的基础上,分别建立了其在巡航段、机动段、比例导引段和跃升俯冲段的三维弹道模型,然后仿真了舰空导弹对处于上述四个阶段的反舰导弹的拦截弹道,对比分析了不同阶段目标机动对舰空导弹过载性能的要求,以及对脱靶量的影响。结果表明,拦截机动段和跃升俯冲段难度要比另外两个阶段更大,如果时间允许最好在巡航段和比例导引段进行拦截。     

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。     

末段反导防御系统探测误差对拦截效果的影响

弹道导弹末段防御系统包括探测系统与拦截系统,探测系统为拦截系统提供目标状态信息。从拦截脱靶量以及燃料消耗两个方面研究探测系统的探测误差对拦截系统拦截效果的影响。在系统分析了末段拦截系统的探测误差及弹目运动规律的基础上,建立了基于比例导引法的末段拦截系统模型,将无迹卡尔曼滤波引入模型中对状态变量进行滤波处理。通过改变探测误差的大小研究探测误差与脱靶量和燃料消耗之间的关系,给出了成功拦截时雷达探测误差与导引头探测误差应满足的条件。     

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。     

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.     

基于矢量运算的舰空弹对抗反舰弹脱靶量分析

脱靶量是舰空导弹重要的作战性能指标,针对某型导弹,从攻防对抗的机理出发,采用矢量运算概念描述舰空导弹对抗反舰导弹的脱靶量。结合矢量运算法则,建立舰空导弹拦截矢量模型、反舰导弹机动矢量模型,同时考虑了导引头噪声和舵系统的过载限制,提出了一种制导盲区脱靶量的解算方法。然后针对不同运动特性的目标、不同干扰强度进行仿真计算。仿真结果表明,目标运动特性和导引头干扰误差等因素对脱靶量大小影响显著,为评价舰空导弹作战效能和有针对性的采取拦截措施提供了技术参考。