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。     

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.     

导弹末制导中的目标机动估计

在空空导弹末制导段为了能更好地估计目标的逃逸机动,以满足制导要求,基于"当前"模型描述目标加速度,提出了一种利用相对速度估值差来调整目标加速度方差的算法.并在导弹-目标相对运动的三维空间内,由导弹对目标的速度测量值偏差调整状态噪声,并通过自适应扩展卡尔曼滤波实现对目标机动的估计.仿真结果表明,该算法在末制导中目标的机动估计精度要优于传统方法.     

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。     

考虑弹体动态特性的非奇异有限时间制导律

为满足导弹拦截机动目标时交会角约束和有限时间收敛的需求,建立了考虑弹体一阶动态特性的制导模型。把目标加速度视为有界外界干扰,同时结合非线性反步设计法中的动态面法,设计一种考虑弹体动态延迟的非奇异滑模制导律,并且证明了基于Lyapunov稳定性理论制导系统状态可渐进收敛到零。在所设计的制导律下,对单侧机动的低空高速目标进行仿真。仿真结果表明所设计的非奇异制导律可以有效降低弹体动态延迟带来的影响,而且具有较低的脱靶量与交会角误差;与考虑弹体动态特性和交会角约束的最优导引律相比,其具有更高的制导精度。     

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。     

空中大机动目标跟踪算法研究

为了解决在导弹末制导阶段对空中大机动目标的准确跟踪问题,将交互式多模型(IMM)及容积卡尔曼滤波(CKF)算法应用于导弹寻的制导中。首先,在三维空间中对大机动目标进行建模分析,并建立相应的导弹制导模型及导引头测量模型;其次,结合IMM模型与CKF方法设计了目标跟踪算法;最后,通过仿真验证了该算法对空中大机动目标跟踪的准确性,结果表明该算法在实时性方面也具有一定的优势,适合用于弹载计算机。     

自适应二阶滑模制导律

传统基于Lyapunov定理所设计的制导律无法保证制导系统的有限时间收敛.基于滑模控制理论,给出了一种二阶滑模有限时间收敛方法,并将该方法与机动目标拦截情形相结合,进行制导律的设计.该制导律首项使得视线转率趋于0,而扩展项可满足视线成型,滑模面的有限时间收敛等特性.针对2种典型的目标机动形式进行了仿真研究,结果表明该滑模制导律可以实现目标的有效拦截,满足上述特性.     

高超声速飞行器俯冲机动最优制导方法

为解决高超声速飞行器俯冲段精确制导与机动突防问题,研究了机动突防最优制导方法。针对零化视线角速率降低突防性能的问题,在俯冲平面及转弯平面内分别设计了正弦形式的视线角参考运动,同时为进一步实现俯冲精确制导,以落速最大为性能指标利用最优控制对其进行跟踪,引入了伪控制量以简化最优制导问题的求解,最后分析了该方法的稳定性及制导性能。以CAV-H为例进行仿真分析,仿真结果表明该方法能够实现机动飞行,且能够高精度地满足终端落角及落点约束,可为高超声速飞行器俯冲段精确制导及机动突防提供参考。     

伴随法在防空导弹脱靶量研究中的应用

基于小角度假设,建立了末制导阶段弹目相对运动的线性化模型.根据该模型,由直接法仿真得到了目标机动情况下的脱靶量曲线.分别由系数矩阵法和框图法得到了原系统的伴随系统,伴随系统仿真结果和直接法仿真结果的比较说明伴随法能很好地对线性时变系统进行仿真.与直接法比较,伴随法效率较高,适用于导弹制导系统的初步分析.     

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。     

一种基于变结构控制理论的寻的制导律

基于变结构控制理论,推导了一种新型制导规律,该制导规律可有效地对付高度机动目标,并且不需要显式的目标机动估计。仿真结果显示该制导律具有优良的性能。     

自调整交互多模型

本文提出了一种在X-Y平面内跟踪机动目标的新算法。该算法使用模糊if-then规则和指数衰减方法在过程噪声方差增加和减少时调整噪声方差值的大小.此外还提出了一种估计转弯机动角速度的新方法。并通过仿真数据和真实的数据对该算法和交互多模型(IMM)算法进行了比较。     

自旋导弹制导控制系统六自由度数字仿真研究

采用旋转弹体单通道控制方式的制导系统是一个非线性、时变、多变量的耦合系统,理论分析和工程设计困难很大。本文以某型便携式防空导弹为例,基于动态仿真软件SIMULINK建立了制导控制系统仿真平台,对制导控制系统进行了六自由度仿真研究,为制导控制系统性能研究和优化设计提供必要的手段。     

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。     

毫米波雷达导引头性能分析与研究

毫米波雷达的频段介于微波频段与红外频段之间,兼有二者固有特性,是武器制导系统较为理想的使用频段。介绍了毫米波雷达制导的技术优点,对复杂气候条件和不同地表环境下35GHz和95 GHz 2种毫米波雷达的性能进行了仿真。仿真结果表明,当目标处在复杂气候环境或较好地表环境(即地表后向散射较弱)时,35 GHz雷达的性能要稍优于95 GHz雷达。     

基于IMM滤波器的纯方位机动目标跟踪

针对无源纯方位跟踪中目标机动的问题,提出了一种基于交互式多模型的目标跟踪算法。该算法用伪量测变换估计器(PLE)将纯方位跟踪中非线性观测模型线性化,避免了计算雅克比行列式。机动目标跟踪中通过实时调整模型匹配概率,提高了滤波器对状态变化的跟踪能力。同时该算法实时修正观测噪声协方差,消除目标远离基阵时观测噪声对目标定位的影响。最后通过与MGEKF进行比较,Monte Carlo仿真结果验证了该算法的优越性。