Combined proportional navigation law for interception of high-speed targets

A new proportional navigation (PN) guidance law, called combined proportional navigation (CPN), is proposed. The guidance law is designed to intercept high-speed targets, which is a common case for ballistic targets. The range of target-to-interceptor speed ratio during target interception is derived when guidance laws are applied in high-speed targets interception, and the effectiveness of negative navigation ratio in the PN-based guidance law is proven analytically in some lemmas. Based on the lemmas, the lateral acceleration command of CPN is defined, and the solution to the appearance of singularity in time-varying navigation ratio is given. The simulation results show that CPN can determine head-on engagement (as PN) or tail-chase engagement (as RPN) through initial path angle compared with PN and retro proportional navigation (RPN), and can adjust the value of navigation ratio for head-on engagement or tail-chase engagement. Therefore, the capture region of CPN is larger than that of other guidance laws using PN-based methods.     

反临近空间高超声速目标拦截弹中末制导交接班窗口

在视线旋转坐标系下建立拦截弹与目标的相对运动方程,分析采用纯比例导引律捕获高超声速目标的充分条件,并推导出在交接班处的最优拦截几何,即零控拦截流型。定性分析了拦截弹速度、高度、导引头特性以及末制导捕获条件等在中末制导交接班时所受到的限制,在此基础上定义了中末制导交接班窗口的概念,并介绍了交接班捕获窗口的影响因素、用途、特性以及计算步骤。以纯比例导引律拦截高速目标为例,定量描述了交接班捕获窗口和零控交接班区域,并通过数字仿真实验验证了交接班捕获窗口的合理性。     

助推段反导的动能拦截弹导引律设计

为降低需用过载,对助推段反导的空基动能拦截弹导引律进行分析研究。在建立导引系统模型的基础上,增加修正因子,分析碰撞拦截点处的过载需求;区分有无预测拦截点距离误差的情况,仿真分析了拦截弹道和过载动态响应。仿真结果表明,该导引律能降低需用过载,实现碰撞拦截。     

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.     

真比例导引律的解析解研究

描述比例导引律的模型都是非线性微分方程组,不易求解,常规求解方法是线性化.对真比例导引律进行了详细推导,并和纯比例导引律进行了比较和分析,通过坐标变换和引入相对运动的单位角动量,获得了解析的捕获域和截获时间.研究结果表明,真比例导引律的捕获域受到导航比的限制,纯比例导引律的捕获域在一定条件下不受导航比限制.     

反舰导弹大空域变轨的三维扩展比例导引律

为了使大空域变轨弹道的理论研究更符合反舰导弹的实际运动状态,建立了反舰导弹追踪虚拟目标的三维空间相对运动模型。同时,为了保证反舰导弹大空域变轨弹道的四段弹道平滑过渡,在导引律设计时同时考虑了脱靶量要求和末端落角要求。应用Lyapunov稳定性理论求解出满足要求的三维扩展比例导引律,对大空域变轨弹道的四段弹道设计了相应的过载控制指令,并进行了仿真研究。仿真结果表明:所提出的三维扩展比例导引律可以使反舰导弹顺利完成大空域飞行任务,而且保证了反舰导弹的所有性能指标均满足要求。     

临近空间防空导弹制导律

基于临近空间防空导弹,在拦截高空高速大机动目标的条件下,对导弹的制导律进行了研究。给出了微分对策制导律的理论知识及其具体算法,通过Simulink工具进行模块化建模,并将制导律模型引入导弹六自由度模型中进行仿真,对比分析导弹飞行轨迹和需用过载,表明微分对策制导律要比常用的比例导引制导律更优。     

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。     

对剩余飞行时间估计误差不敏感的末制导改进方法

首先对传统的比例导引控制系统进行了分析,分析结果表明,传统的比例导引方法对导弹剩余飞行时间的估计依赖性强,剩余飞行时间估计误差将大大降低制导性能,甚至造成导弹脱靶.为了解决这一问题,提出了一种降低敏感度制导律,建立了该改进制导律的数学模型并进行了仿真,仿真结果表明,该制导律对剩余飞行时间误差敏感度低,并能够提高制导性能...     

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。     

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。     

基于高阶滑模微分器的增广比例导引律

导引律的设计在导弹制导与控制中具有重要作用,为了解决增广比例导引中导弹-目标视线角速度和视线角加速度不易获得的问题,设计了一种基于高阶滑模微分器的增广比例导引律。首先,根据高阶滑模微分器的数学模型建立视线角速度和视线角加速度的估计模型;其次,根据视线角速度和视线角加速度的估计值,利用一种光滑无抖阵滑模微分器构造增广比例导引律。最后,通过仿真验证表明,具有滑模微分器结构的增广比例导引律导引性能良好。     

空空导弹随机最优导引规律的研究

通过建立导弹目标攻击简化数学模型 ,提出一种随机最优导引规律 ;运用卡尔曼滤波理论 ,引进了机动目标加速度和量测系统的不确定性。通过数字仿真 ,分别和传统比例导引规律、扩展比例导引规律相比较 ,表明了该规律的最优性     

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。     

空间拦截末制导段能量需求分析

为了研究空间拦截末制导段的能量需求,对导航与测轨误差模式和空间拦截交会条件进行了分析,并建立末制导段仿真模型。使用Monte-Carlo法仿真,获得不同交会角下和不同拦截概率下拦截器所需的能量,并讨论了交会角和相对速度对拦截器能量需求的影响。     

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。     

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。     

无奇点三维攻击时间控制滑模导引律

为研究导弹在视场角约束下的三维攻击时间控制问题,提出一种三维非线性滑模导引律。利用攻击时间误差设计滑模面,推导出三维形式的俯仰和偏航加速度指令;通过对所设计制导律进行简单修正,解决了零初始前置角引起的奇点问题;从数学上证明了该导引律的稳定性和收敛性,讨论了导引律相关参数的取值范围,分析了与纯比例导引法、解耦三维导引律之间的关系。仿真结果表明,所设计导引律能够在视场角约束条件下有效实现攻击时间增大或减小的控制;俯仰和偏航平面的耦合程度越强,该导引律控制能耗小的优势越为明显。     

反舰导弹机动与导引配合的弹道设计研究

传统反舰导弹的末端机动与导引是分别进行的,这使得突防效果的提升受限。为了达到提高突防概率和实现高精度导引的双重目的,需要在导弹的末段实现机动与导引协同配合的设计。利用弹目之间的几何关系,规划设计了根据弹目实时连线进行自适应蛇行机动的程序参考信号。整个设计可以看作比例导引法与蛇行机动的复合,利用的信号包括实测的雷达方位角信号、弹目距离与预先设计好的时间指令。     

Cooperative interception with fast multiple model adaptive estimation

For the case that two pursuers intercept an evasive target, the cooperative strategies and state estimation methods taken by pursuers can seriously affect the guidance accuracy for the target, which performs a bang For the case that two pursuers intercept an evasive target, the cooperative strategies and state estimation methods taken by pursuers can seriously affect the guidance accuracy for the target, which performs a bang-bang evasive maneuver with a random switching time. Combined Fast multiple model adaptive estimation (Fast MMAE) algorithm, the cooperative guidance law takes detection configuration affecting the accuracy of interception into consideration. Introduced the detection error model related to the line-of-sight (LOS) separation angle of two interceptors, an optimal cooperative guidance law solving the optimization problem is designed to modulate the LOS separation angle to reduce the estimation error and improve the interception performance. Due to the uncertainty of the target bang-bang maneuver switching time and the effective fitting of its multi-modal motion, Fast MMAE is introduced to identify its maneuver switching time and estimate the acceleration of the target to track and intercept the target accurately. The designed cooperative optimal guidance law with Fast MMAE has better estimation ability and interception performance than the traditional guidance law and estimation method via Monte Carlo simulation.