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。

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.

基于干扰观测器的升力式飞行器改进离散滑模控制研究

升力式飞行器具有飞行空域宽、速度变化范围大、机动性强等特点,是近年来国内外的研究热点。本文针对升力式飞行器模型大不确定及外界干扰强带来的控制难题,提出了一种基于干扰观测器的改进离散滑模变结构控制方法。首先,建立了俯仰通道的离散控制模型。其次,设计了一种基于干扰估计的改进离散滑模变结构控制律,并证明了其稳定性。再次,分析了参数选择对控制系统的影响,验证了控制律的有效性。最后,与传统的离散滑模变结构控制方法进行了比较。仿真结果表明,与传统的离散滑模控制方法相比,本文提出的控制律控制精度更高、鲁棒性更强、滑模面收敛速度更快及抖振更小,可有效提高升力式飞行器的飞行品质,实现复杂任务的稳定控制。

基于多种群遗传算法的航天复杂系统测试任务调度

针对航天复杂系统型号较多,传统测试流程与调度设计只能人工定制化排布,效率较低且未有效优化,同时,考虑到航天复杂系统快速测试的迫切需求,提出一种基于多目标遗传算法的航天测试流程自动生成方法。该方法在测试项集合明确的前提下,将测试项抽象为离散事件,以测试总时间和测试资源均衡度为优化目标,充分考虑航天器测试的诸多约束,将其作为遗传算法执行过程中交叉或变异的禁忌项。在初始种群确定后,对测试流程和调度方案进行自动生成和优化。对算例的仿真结果表明,该方法相对于同实验条件下的传统半串行测试方法和单目标优化方法,测试总时间或资源均衡度得到了较大提升。在进一步扩展优化目标和约束项后,该方法可有效提高航天复杂系统测试过程的快速响应能力和可靠性。

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。

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。

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.

雷达制导半实物仿真目标速度控制算法优化

针对末制导雷达半实物仿真试验中回波模拟质量问题,分析了时统不一致对回波模拟信噪比的影响,通过改进的中值滤波算法,优化了射频仿真系统中目标速度控制算法,有效消除了重帧、丢帧对回波信号的影响,大大提升了回波信噪比,保证了射频半实物仿真系统仿真结果的可信度。

基于预设性能的欠驱动飞行器横侧向通道控制方法

针对高超声速飞行器横侧向通道仅通过副翼控制导致的欠驱动问题,提出一种将预设性能函数和动态面控制结合的控制方法。将横侧向欠驱动系统转化为滚转-偏航的级联控制系统;针对滚转子回路,将侧滑角指令的限幅看作控制输入饱和问题,设计预设性能函数并结合动态面控制理论设计控制策略,实现对速度倾斜角跟踪速度、瞬态跟踪误差、稳定跟踪精度的主动控制;针对侧滑角需镇定在给定范围的要求,基于限幅侧滑角指令,设计偏航子回路的预设性能函数,理论上保证侧滑角满足镇定范围要求,且能以要求的跟踪速度达到指定的跟踪精度。基于李雅普诺夫稳定原理给出了横侧向姿态控制器的稳定性证明。仿真结果表明:所提控制方法能够使得速度倾斜角以要求的跟踪速度达到指定的跟踪精度且瞬态跟踪误差满足给定的边界,侧滑角全程满足给定的限定范围,控制器具有良好的鲁棒性。

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。

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.

基于神经网络优化直/气复合控制导弹迅捷转弯

空空导弹迅捷转弯控制是在保证导弹稳定飞行的前提下,在尽可能短的时间内完成整个机动过程。为实现上述战术指标,考虑到导弹迅捷转弯的快时变性、强非线性和大干扰性,设计基于滑模变结构控制和模糊逻辑的直/气复合控制器。针对实际飞行中可能出现的初值不确定和外界干扰过大等现象,引入固定时间收敛理论和扩张状态观测器,有效避免干扰带来的控制输入抖振并保证导弹姿态角能在固定时间内快速稳定收敛。利用神经网络对滑模变结构控制的设计参数进行优化,在保证导弹迅捷转弯的同时减轻导弹侧向发动机的质量。通过仿真验证新提出的控制和分配方案的有效性。研究结果表明,所设计的控制器在存在模型不确定性和外部干扰等复杂情况下具一定的鲁棒性、稳定平滑的控制效果、较强的抗干扰能力以及优异的姿态跟踪性能,同时参数优化后的控制算法跟踪效果更优,在降低了原收敛时间的12.6%的同时,降低了原最大控制力的9.6%。

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。

多层光纤线包结构稳定性高效计算模型与分析

光纤线包的结构稳定性显著影响光纤系统的服役状态,为解决以有限单元法为代表的数值分析方法,因光纤线包缠绕层数多、非线性强等因素导致的计算时间长、效率低等问题,根据光纤层间仅受压的特点建立光纤线包结构稳定性的高效计算模型,分析光纤的缠绕制度和线径的均匀程度对光纤线包结构稳定性的影响规律,给出线包失稳的线径均匀性临界值。研究结果表明:相比于有限元仿真,该模型在不损失计算精度的前提下计算效率可提升约100倍;等残余张力缠绕制度更有利于线包的结构稳定性;当线径的偏差值超过标准线径的±3%时,光纤位移急剧增大,严重影响光纤线包的结构稳定性;此研究对于多层光纤线包绕制工艺的实时分析和控制具有重要的意义。

基于FPGA的频率捷变雷达目标回波生成系统的设计与分析

为提高频率捷变雷达信号处理算法迭代的验证效率,提出一种基于FPGA的频率捷变雷达目标回波生成的设计方法。该方法采用逐项还原回波信号相位的思想,通过建立频率步进波形回波信号数学模型,基于FPGA求解目标相对匀速径向运动时目标回波实时相位,解决了频率捷变信号目标回波的实时生成问题。仿真结果表明,在目标匀速和非匀速两种运动状态下,通过对比有/无速度补偿时目标回波相位变化曲线、目标高分辨率一维距离像以及相邻三帧回波信号的细分辨维距离单元编号,目标匀速运动时经速度补偿的回波相位在-π和π之间呈现线性变化,并且细分辨维距离单元编号在目标匀速和非匀速运动状态下依次相差10和10、9,验证了该回波生成系统的有效性和准确性。

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。

面向作战仿真的导引头动态成像过程模拟方法研究

作战仿真技术被广泛应用于体系仿真、武器装备研制论证以及作战效能评估,在反舰作战仿真过程中,经常需要模拟红外制导导弹对目标进行探测、追踪制导以及毁伤评估,均涉及目标区域红外图像动态生成。通过分析海上目标红外特性建立了舰船红外辐射模型,对导弹飞行中动态获取目标图像过程建立了导引头动态成像模型。基于国产数字地球仿真引擎研究了作战仿真中导引头红外成像过程模拟方法,开发了海上作战对抗仿真系统并实现了不同弹目距离、不同攻击方位的红外目标图像模拟。结果表明,提出的导引头动态成像过程模拟方法能在导弹飞行过程中对不同战场环境、不同作战目标进行实时红外成像模拟,从而为作战仿真推演提供支持。

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。