有限视场下的攻击时间和角度多约束制导律

针对精确打击任务存在导引头视场受限这一过程约束的制导问题,提出了一种考虑视场限制以及攻击角度和时间多种约束的制导律.首先,在以比例导引项实现精确命中的基础上,利用最优控制理论,采用弹目距离加权控制能耗形式的指标函数,设计了攻击角度控制项,并推导了相应的剩余飞行时间解析预测表达式.其次,基于最优误差动力学方法,设计了攻击时间相关的控制项,保证了攻击时间误差的有限时间收敛.同时,针对导引头视场有限的问题,分析了各控制项对前置角收敛性的影响,利用特定的限制函数确保前置角在整个制导过程中始终处于有效视场内,并给出了前置角的有界性及收敛性证明.数学仿真结果验证了所提出制导律对多约束制导问题的有效性.

三体对抗中的主动防御鲁棒最优预测制导律研究

考虑防御导弹和我方目标控制系统内部扰动和未准确建模动态特性等因素造成的不确定性影响,设计了鲁棒最优预测制导律(robust optimal predictive guidance law,ROPGL)和鲁棒协同最优预测制导律(robust cooperative optimal predictive guidance law,RCOPGL)拦截来袭寻的导弹.首先,通过对非线性运动学方程线性化和降阶得到简化后的标称系统的状态方程;其次,考虑控制系统的不确定性,建立鲁棒制导问题的模型;再次,基于动态规划方法得到最优制导问题的制导指令关系式,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了最优制导问题的制导指令能够使鲁棒制导问题稳定;然后,引入界值函数得到线性二次型最优制导问题,通过求解黎卡提矩阵微分方程得到制导指令;最后,对设计的制导律的性能进行仿真验证.仿真结果表明,相比于其他制导律,设计的制导律能够抑制不确定性的影响,实现防御导弹对寻的导弹的拦截.

基于自适应扰动观测器的旋转弹神经网络过载驾驶仪设计

旋转弹在飞行过程中受多种干扰的影响,包括跨域飞行气动参数剧烈变化引起的模型不确定性以及飞行过程中受到的外部扰动。为了解决高动态飞行环境中双通道旋转弹的鲁棒控制问题,基于轨迹线性化控制方法,设计伪逆反馈控制器。采用径向基函数神经网络,设计自适应前馈补偿控制器,有效实现对模型不确定性的精确逼近。将神经网络逼近误差和外部扰动处理为总扰动,并基于固定时间稳定理论设计一种自适应扰动观测器,实现对总扰动的精确估计及补偿。通过Lyapunov理论,严格证明了闭环系统的最终一致有界性。通过数值仿真验证了所设计方法的有效性。

光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展

面向长航时、高精度的自主导航技术需求,系统梳理光学陀螺旋转调制惯导系统的发展历程及关键技术现状具有重要的现实意义。首先,基于惯导系统误差特性,阐述了旋转调制技术的基本原理。其次,系统回顾和梳理欧美等西方国家旋转惯导系统发展历程,分析了系统发展演变后的技术逻辑,总结了我国旋转惯导系统的研制现状。最后,立足于提高系统自主导航精度,从旋转策略优化、误差标校、初始对准3个方面分析了旋转惯导系统需解决的关键技术及研究现状。在总结光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展基础上,针对后续旋转惯导系统研究提出了几点思考,为高精度自主导航技术研究提供参考。

基于增量非线性动态逆的导弹解耦控制设计

针对导弹大迎角机动存在强耦合动力学特点,提出了一种基于增量非线性动态逆的解耦控制方法,将自动驾驶仪分为高带宽的快变角速率内回路和低带宽的慢变角回路控制,用部分逆近似求解的方法分别设计了增量形式的动态逆控制律对消不同的耦合项,实现控制解耦的目的。典型工况数字仿真结果表明,所设计的导弹增量非线性动态逆控制解耦律大大改善了强耦合动力学下的稳定控制性能。相比传统PID控制,它能够完全消除过载响应的低频振荡和超调量,同时还使得滚转角响应能够准确跟踪指令。

拦截机动目标的固定时间事件触发协同制导律

针对无向通信拓扑结构下的多枚导弹考虑角度约束同时攻击机动目标的问题,提出一种事件触发控制下的固定时间收敛分布式多弹协同制导律.首先,建立导弹-目标相对运动学模型,在视线坐标系下解耦为沿视线和垂直视线两个方向.其次,在视线切向考虑时间约束,提出一种基于事件触发机制的固定时间收敛协同制导律,保证攻击时间的一致性;在视线法向上考虑空间角度约束,提出一种基于固定时间收敛理论的分布式空间协同制导律,使视线角和视线角速率快速收敛到期望值,以满足脱靶量和终端角度约束;同时,针对目标机动引起的系统扰动,采用固定时间收敛的观测器进行在线估计与补偿.利用Lyapunov理论,证明了所提出协同制导律的稳定性.最后,通过数学仿真,验证了所提出的协同制导律的有效性.

大气层外动能拦截器制导控制技术研究进展与展望

大气层外高速、大机动、多目标飞行器的拦截问题已成为当前空天防御体系构建面临的重大挑战和难点。首先,对近年来国外大气层外动能拦截器技术及飞行试验现状进行了梳理和总结;其次,对大气层外单一拦截器制导控制方法和多弹协同拦截制导控制方法的研究进展进行了综述;最后,对大气层外动能拦截器未来重点开展的关键技术进行了展望,以期为未来大气层外动能拦截器技术发展提供方向性参考和借鉴。

红外成像导引头对隐身飞机探测性能提升途径分析

隐身飞机的出现对现有雷达和红外制导空空导弹的目标探测能力都提出了挑战。由于隐身飞机对雷达隐身的效果优于红外,相对而言,红外制导空空导弹具有反隐身的优势。但红外导引头仍需采取一定的措施以提高其对隐身目标的探测识别能力。本文针对红外成像导引头探测隐身目标能力提升需求,首先梳理了隐身飞机的红外辐射特征,之后根据红外成像导引头探测性能的影响因素,提出了采用双色/多波段成像探测、优化系统工作参数设计、提高成像质量和场景自适应性、采用低信杂比目标检测截获等技术以提高系统对隐身飞机的探测识别能力。

一种变速度条件下控制攻击角度和时间的制导律

对攻击角度和时间进行控制,可以使得多枚导弹按照特定的角度和时间对目标进行打击,在军事上有广泛的应用前景.目前已有控制攻击角度和时间的制导律极少考虑速度变化的情况,在实际运用中具有较大的局限性.本文基于贝塞尔曲线加直线的二段式轨迹,首先分析并证明了该轨迹长度和最大曲率的变化规律,在此基础上,通过二分法确定初始轨迹,针对飞行过程中的诱导阻力和其它扰动,设计了Bezier-PI控制算法,通过动态调整轨迹长度来实现攻击时间的高精度控制.该制导算法计算量小,鲁棒性强,适用于弹载计算机实时计算.通过仿真实验,验证了该算法可以高精度的控制攻击时间以及攻击角度.

具有时间和角度约束的欠驱动三维协同制导律

针对多航天器协同捕获目标的问题,提出一种针对固定目标的欠驱动三维协同制导律。通过分阶段设计,该方法在不改变速度大小的条件下,满足时间一致性约束和终端角度约束。提出一种控制结构,实现对收敛时间进行设置。提出的设定时间收敛三维协同制导方法包括平面协同制导和共面构造制导两部分。平面协同制导基于共面假设,在平面内利用最优攻击角度控制算法和设计的偏置项,保证时间一致性和终端角度趋于期望值;共面构造制导通过矢量几何运算,实现预定时间内速度矢量、视线矢量和期望速度矢量共面。通过严格的理论推导证明了所提出的协同制导律的稳定性,数值仿真结果验证了该方法的有效性。

滚仰式导引头跟踪策略研究

为了简化滚转-俯仰式导引头的跟踪过程,提出并通过实验证明了一种应用于此结构的跟踪方案。通过分析滚-仰式导引头的工作原理及特性,提出基于解像旋机理跟踪目标的新方法,以简单、有效地应用于工程实际。与传统坐标转换法不同,新方法的精度受到光轴等机械误差的影响更小,容错率更高,适用性、实时性更强,且可以同时通过角速率陀螺数据作为反馈进行任意方向的扰动补偿。根据陀螺安装方式的不同,通过推导导引头稳定平台状态及导引头与弹体间的相对运动关系得到稳定公式,完成控制系统的设计。通过半实物仿真进行实验验证,静态跟踪实验结果证明了新的跟踪方法具有可实用性。在动态跟踪实验中分别使用传统坐标转换法和新提出的解像旋法进行跟踪。动态实验结果表明:解像旋法在存在载体扰动情况下仍然适用;相比传统坐标转换法,解像旋法较大幅度地提高了跟踪精度,x轴跟踪误差RMSE值减小了79.10%,y轴减小了90.04%。

反装甲导弹导引头抗干扰能力与关键技术发展

针对反装甲导弹面临的复杂战场环境、多样化作战目标和复杂干扰环境,分析其抗干扰能力和关键技术需求。分析反装甲导弹导引头面临的干扰威胁、抗干扰特点和不足,以科学高效提升反装甲导弹导引头抗干扰能力为目标,给出相关措施与建议。结果表明,该分析可为提升反装甲导引头抗干扰能力提供参考。

基于载机视觉信息的改进视线制导律设计

针对无人机机载武器低成本精确打击的需求,提出利用机载光电吊舱获取制导信息、采用视线制导法进行制导律设计的方案。通过分析载机、导弹和目标的运动关系,建立了系统状态空间模型,基于反步法和滑模控制设计了改进视线制导律。对制导律中无法由载机获取的参数进行了讨论,采用跟踪微分器提取视线角并估计视线角速度信息。数值仿真结果表明,在视线角存在噪声且导弹矢径拉偏的情况下,改进视线制导律仍可保证对地面目标的精准打击。与传统视线制导律相比,载机的运动方向不受限制,可在发射导弹后远离目标以免受到威胁,符合现实需求。

三维自适应固定时间多导弹协同制导律

针对三维空间内多导弹对机动目标同时攻击的问题,提出一种具有自适应律的三维多导弹固定时间协同制导律。建立三维空间导弹-目标动力学模型,以弹目视线方向和其垂直方向设计制导律,可保证剩余飞行时间和法向速度在固定时间内完成一致性收敛。采用自适应律来跟踪机动目标运动参数策略,提高多导弹系统的稳定性与对机动目标的打击精度。改进多导弹系统收敛条件,所设计的制导律具备了对攻击时间的约束能力。向制导律中加入饱和函数,避免因符号函数带来的系统抖振。通过仿真实验验证所提固定时间协同制导律的有效性及对抗通信拓扑切换的鲁棒性。实验结果表明:相较于对比文献所设计的制导律具有系统快速收敛以及高精度。

某串联战斗部级间隔爆体结构的优化设计

为实现串联战斗部级间隔爆体结构减重,利用有限元分析软件LS-DYNA建立了某型前级战斗部与隔爆体的数值仿真模型,采用正交试验的方法,研究级间锥形隔爆体前锥角,倒角与前后锥角差值对隔爆体质量的影响规律。结果表明:隔爆体的前锥角对隔爆体质量影响显著,前后锥角差次之,倒角影响较弱。利用正交优化方法,设计三因素四水平的正交优化方案,结果表明当,r=9.9 mm,时,隔爆体的质量最低为485.40 g。研究成果可为串联战斗部隔爆体的结构设计和优化提供指导。

基于RBF神经网络与SLAM的全捷联导引头定位研究

针对全捷联导引头探测器和IMU传递函数的需要进行相位匹配的问题,利用在线学习的RBF神经网络进行相位匹配算法设计,利用Z变换进行离散化处理;针对全捷联单模和多模导引头的相位匹配算法进行了设计与分析,并通过Matlab/Simulink联合仿真实验验证了算法的效果。同时,结合SLAM系统进行同时定位矫正,提升导弹的定位精度与全捷联导引头的导引准确度。

基于粒子群优化的组合导引律模型

针对导弹打击机动目标的问题,提出了一种基于组合导引律的粒子群优化算法以应对战场环境中的机动目标打击问题。首先对三维弹目运动关系进行分析,设计了一种包含角度和时间偏置项的比例导引律,旨在有效抑制终端角度变化,同时确保打击时间的精确控制。为实现最优导引律参数的求解,研究构建了以打击角、打击时间、法向加速度和脱靶量等约束条件为基础的代价函数。采用标准粒子群算法进行自适应寻优,通过迭代计算确定使代价函数最小化的最优导引律参数,进而得到满足约束条件的最优弹道。为验证算法的有效性,设置了机动目标场景,并设计了与原始比例导引律的对比仿真实验以及多种打击时间测试实验。实验结果表明,相较于传统比例导引律,基于粒子群优化的组合导引律算法在应对机动目标时能够生成满足打击时间要求及其他约束条件的弹道,并在不同打击时间设定下均展现出良好的打击效果,具有广阔的应用前景。

改进灰色层次分析法的机动导航保障能力评估

针对未来战场样式形态的不确定性和机动性,机场的快速部署需求日益迫切,机动导航保障能力的高低直接影响和制约航空兵快速、机动的作战能力。文中针对机动导航保障能力评估的“小数据”“贫信息”不确定性特点,综合考虑机动部署条件下装备、环境影响因素及导航保障人员能力要求,建立了机动导航保障能力评估指标体系,提出了基于改进的灰色层次分析法的机动导航保障评估方法,构建了评估模型,为降低主观因素影响,从专家评分数据着手,应用3标度构造判断矩阵,将定性指标与定量指标区分细化构建评估样本矩阵。最后,实例结果表明,采用改进的3标度灰色层次分析法,判断矩阵的构建不需要一致性检验,评估计算步骤简化的同时,克服了评估中外界影响因素的复杂性、主观判断的模糊性和人为打分的随机性影响。

基于视线协同和DMPC的载机-防御弹群协同主动防御制导策略

在目标-攻击弹-防御弹群(target-attacker-defenders,TADs)系统中,防御弹群通过与目标(载机)异构协同、弹群间同构协同以保护载机并降低单弹脱靶的风险。针对TADs系统在二维平面下的协同主动防御模型进行了研究,采用机/弹协同和防御弹群协同的两层制导策略。在机弹协同方面,防御弹领弹与载机进行异构协同,考虑载机及防御弹领弹的机动能力限制,采用协同视线制导律(cooperative line of sight guidance,CLOSG)分别得到载机和防御弹领弹的制导指令;在防御弹群协同方面,考虑单弹计算能力约束,拦截时间约束和加速度约束,设计出基于分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)的算法实现弹群从弹和防御弹领弹协同同时抵达并拦截攻击弹。仿真结果表明,多防御弹协同一致拦截制导算法能够实现TADs系统中载机和防御弹群的异构协同主动防御,并实现防御弹群的一致性同时拦截,以降低单弹脱靶的风险。

导弹突防后弹道机动调整策略强化学习

针对弹道导弹中段突防后飞行弹道与标准弹道产生较大偏离的弹道机动调整问题,建立了机动调整时机策略最优化模型。设计了机动调整逆序Q学习算法,采用Tile coding逼近器编码状态特征空间,并对其进行线性逼近。构建了Q学习算法与蒙特卡罗方法相结合的逆序更新策略机制,以对导弹机动调整最优时机进行训练。仿真测试分析结果表明,在给定场景参数下,通过10000代强化学习算法训练得到的策略能够可靠地使用最少机动次数控制导弹突防后飞行弹道的调整决策,验证了方法的有效性。