大气层外拦截器末段轨控发动机开关控制律

针对处于末段飞行的大气层外拦截器设计了轨控发动机开关控制律。拦截器在飞行过程中轨控推力以持续定常方式或小脉冲方式施加在垂直视线的方向,目标具有一定的机动能力。首先分析了拦截器轨控推力作用下视线转率的变化规律,在此基础上,根据脱靶量的要求设计了拦截器轨控发动机开关控制律,其中考虑了目标机动、瞄准点切换以及小脉冲工作方式对视线转率的影响。仿真表明了该控制律理论上的可行性。

大气层外拦截器关机基准制导法研究

大气层外拦截问题中 ,针对拦截弹飞行中段采用工作时间固定的固体燃料发动机的情况 ,提出一种关机基准中段制导方法。当发动机的推力特性给定时 ,通过估计关机时刻目标相对于拦截弹的运动状态 ,按照关机时刻相对速度垂直于视线方向的分量为零的原理来确定推力矢方向。仿真计算表明 ,对于拦截近程弹道目标的情况 。

大气层外拦截器单轴定向姿态控制律

针对单轴定向大气层外拦截器设计了一种姿态控制律。拦截器简化为轴对称刚体,利用安装在弹体尾部的“+”形组合六喷嘴发动机提供控制力矩。由于姿控系统难以同时进行偏航和滚动控制,根据拦截器单轴定向体坐标系不唯一的特点,通过合理选择目标坐标系实现了偏航和滚动通道的分时控制。设计了姿控发动机开关控制律,分析了系统在控制律作用下的稳定性并进行了仿真验证。

大气层外拦截器末段轨控方案分析

针对采用固体推进剂动力系统的大气层外拦截器,从动力学角度分析了其末段飞行的轨控方案。首先推导了实现给定精度拦截时视线转率的控制范围,之后从提高被动测距可观性的角度给出了轨控发动机控制方式。根据系统延迟和采样频率对控制进行了修正,并讨论了发动机喷嘴开关对轨控推力大小的影响。最后进行了仿真验证。

大气层外拦截器偏置导引律设计

为了实现在拦截末端对目标的观测,针对导引头安装在导弹头部的大气层外拦截器设计了偏置导引律。首先分析了拦截器姿控能力、视线转率和偏置距离之间的关系,然后在考虑弹—目相对距离的估计误差和视线转率测量噪声的条件下,通过预测控制方法设计了对于视线转率和弹—目相对距离误差鲁棒性强的导引律。仿真结果表明,在视线转率和弹—目相对距离测量不准确的情况下,应用该导引律能够实现偏置观测。

大气层外拦截器最优中制导律设计

中制导是大气层外拦截器复合制导体系的关键技术之一,对消除主动段结束时的速度误差和构造有利的末制导初始条件有着重要意义。以机动能力需求最小为优化目标,本文提出了一种针对大气层外拦截器的中制导规律。能量最优中制导规律的关键是在预测拦截点附近寻找最优的拦截点和对应的最优需用速度,并满足中段机动能力约束。仿真试验结果表明,该方法能够有效的修正弹道误差,降低主动段结束时对弹道的精度要求。

大气层外拦截器变结构末制导控制方法研究

对大气层外拦截器末制导执行机构是安装在质心位置的4个轨控发动机,根据轨控发动机推力特性研究了一种末制导控制方法。在建立弹目相对运动模型的基础上,设计了基于零化视线角速度的变结构导引律。为抑制抖振,用双曲函数替代符号函数,当运动点远离切换面时趋近速度可显著提高;当运动点离切换面较近时趋近速度能快速减小,采用变速趋近既保证了系统的快速性和鲁棒性,又削弱了由变结构控制的本质不连续性导致的抖振。为避免轨控发动机开关过于频繁,设计了视线转率门限,用视线转率双包络线方法改进变结构末制导控制律。仿真比较了双曲正切控制律和指数趋近律的性能,结果表明:双曲趋近律的拦截器视线角速度、加速度曲线均无明显抖振,加速度相对稳定,弹道较平稳,视线转率门限降低了轨控发动机的开关频率。方法较好地实现了拦截器末制导控制,有效解决了抖振与快速性间的矛盾,改善了系统的动静态特性。

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。

大气层外动能拦截器末段导引规律设计

研究了末制导段轨控发动机开机和关机时拦截器与目标的相对运动规律,给出了零控脱靶量的近似表达式。定量分析了轨控发动机分别处于常值力和脉冲力工作状态时的作用效果,以及影响末制导律对视线转率修正能力的因素,并给出了末制导段发动机能够修正的初始视线转率上限。结合相对运动规律的特点,基于抑制视线转率的思想设计了末段的导引规律。根据轨控发动机所具有的两种工作状态,将末制导拦截过程分为三个阶段来设计,特别设计了轨控发动机在两种工作状态之间的过渡过程,让拦截器以近似于平行接近的方式拦截目标。通过仿真,证明了该导引规律的有效性。

大气层外动能拦截器精确制导估计方法研究

大气层外动能拦截器以直接碰撞的方式对弹道目标进行拦截,需要对目标状态的精确估计,然而仅有视线角测量信息的传统状态估计方法在估计精度或收敛性方面有所欠缺。在视线坐标系下建立拦截器和目标的相对运动模型,利用迭代思想对无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法进行改进,设计出基于迭代无迹卡尔曼滤波(Iterated Unscented Kalman filter,IUKF)的状态估计器,并与采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)和UKF方法的估计器进行仿真比较。结果表明,IUKF算法不仅具有较高的估计精度,而且具有更好的收敛性,促进了拦截效果,提高了拦截精度。

拦截大气层外机动目标的模糊导引规律

针对大气层外机动目标的拦截问题,分析了轨控发动机作用下拦截器与目标的相对运动规律,并据此提出了拦截能力的估计方法.根据轨控发动机能够修正的视线转率上限和最短工作时间设计了开机曲线.结合开机曲线和拦截能力的估算方法提出了基于模糊逻辑的导引规律.该导引规律根据专家经验制定模糊规则,利用相对距离和拦截能力作为模糊推理系统的输入对发动机的开机曲线进行调整,结合继电器方式的发动机开关机规律形成制导指令.针对两种典型的目标机动方式,通过仿真验证了该导引规律对机动目标进行拦截的有效性.

大气层外末段拦截变结构制导律设计

研究拦截器大气层外拦截机动目标的末制导律设计问题。由沿空间拦截视线坐标系3个方向的相对运动方程,通过构建李亚普诺夫函数设计出了用于拦截目标存在两个方向不确定性机动的情况下的三维变结构制导律。以可用过载以及燃料消耗为约束,通过建立关于脱靶量的性能指标函数,将全局优化粒子群算法应用于拦截制导律优化问题。仿真结果表明,变结构制导律具有较好的制导精度和鲁棒性,通过对制导律参数优化有效减少了脱靶量,应用该方法得到的参数优于传统设计方法中基于经验选取的参数。

大气层外拦截自适应模糊滑模制导律研究

针对大气层外拦截器拦截不确定性机动目标问题设计三维空间末段导引律。将自适应模糊控制与滑模控制相结合,采用自适应模糊系统在线调节滑模控制的切换增益,实现对目标机动的补偿。仿真计算结果表明,提出的自适应模糊滑模制导律制导精度高、鲁棒性强,能够成功实现对目标的拦截,并保证了视线角速率的不发散。

基于模型参考自适应的大气层外杀伤拦截器姿态控制系统设计

大气层杀伤拦截器制导控制系统采用矢量喷管进行姿态与惯导控制,系统输出的开关特性具有强非线性,同时,姿态角指令进行突变时会相应地带来控制力矩指令突变,要求能够实现对姿态角指令的快速调节,且考虑姿控发动机喷气量。针对上述问题,设计了一种姿态角跟踪控制器,使用带有超前校正的死区迟滞继电控制律进行开关控制,并使用变结构模型参考自适应方法进行连续控制律设计,以提高开关控制器的工作效率,减少工作能耗。仿真结果表明,所设计的方法相较对比方法在快速性和精确性上均有提升,蒙特卡洛仿真结果显示,设计方法拦截精度为0.44 m,较对比拦截方法有较大提升。综上,设计方法能够以更快速的响应、更小的超调实现指令姿态角度的跟踪,且姿控发动机喷气用量有效减少,对工程实践有一定指导作用。

地基拦截弹与大气层外拦截器

雷锡恩公司按照合同交付了供1998年1月国家导弹防御计划“地基拦截弹”(GBI)“大气层外拦截器”(EKV)试验用的探测器，以及供1999年1月试验用的完整的大气层外拦截器和探测器。

固体推进器的拦截器末制导目标搜索研究

研究对末制导目标搜索优化控制问题,由于目标捕获是大气层外拦截器在中末制导交接班时必须完成的工作,针对制导交接班时的目标搜索算法和对应的快速姿态机动控制方法进行了研究。根据目标相对拦截器位置的概率分布,设计了一种考虑目标-拦截器相对运动的目标搜索算法。并以搜索时间、捕获概率为控制器指标,拦截器的姿态机动能力为基础,利用算法调节参数的选择。根据固体推进器拦截器的姿态运动特点,并给出了最终滑模控制的姿态跟踪控制器。并对搜索算法与姿控系统进行拦截器目标捕获数字仿真,分析了拦截器姿态跟踪的性能,以及搜索时间与目标位置的关系。结果表明,姿态跟踪误差小于0.5°,控制精度高,快速性好,可为搜索算法与拦截器姿控系统设计提供了科学依据。

基于遗传算法的拦截器拦截弹道反设计

研究大气层外动能拦截器(EKV)拦截弹道的快速规划方法。在分析拦截弹拦截作战任务基础上,分析了陆基拦截弹(GBI)关机点处的位置、速度选择应该服从的主要约束条件;以拦截交会角最小为目标函数,建立了EKV拦截弹道反设计的优化模型,利用遗传算法和反向积分的方法搜索得到了EKV初始弹道6个弹道参数、3个约束条件的初始拦截弹道参数。仿真结果验证了本研究方法的正确性,亦表明在难以获得拦截弹真实弹道解算所需基础数据的情况下,采用本方法的工程反设计方法规划的EKV拦截弹道可在一定程度上接近真实弹道,能够满足导弹突防对抗仿真需要。

EKV红外导引头探测距离估算

外大气层杀伤拦截器（exoatompropheric kill vehicle,EKV）是地基拦截导弹（ground based interceptor,GBI）上的拦截设备,是地基中段防御系统中的重要组成部分,是以直接碰撞杀伤的方式对弹道导弹弹头进行中段拦截的飞行设备.对EKV上红外导引头的各项探测性能参数进行了分析,分别推导了空间冷背景下和大气背景下红外导引头对点目标的作用距离方程,并对相应方程中的各项参数和影响因素进行了分析,估算了在空间冷背景下和大气背景下EKV的探测距离数据.

基于视线角信息的被动跟踪问题研究与仿真

针对大气层外拦截器使用红外导引头对目标进行被动跟踪的问题,在修正球坐标系下建立了仅有视线角测量信息的非线性滤波方程组,根据轨控发动机的工作状态分阶段设计了拦截器的导引规律,兼顾制导精度与滤波系统的可观测性要求,结合无迹卡尔曼滤波算法估计精度高和易于计算的特点实现了对目标的跟踪与制导信息的估计。以动能拦截器拦截处于自由段飞行的弹道导弹弹头为背景构造了计算机仿真试验,试验结果表明算法的跟踪效果和稳定性较好,拦截精度较高。

滑模干扰观测器的反机动目标末制导律设计

针对大气层外拦截器拦截机动目标的末段制导问题,提出基于滑模干扰观测器的滑模制导律设计方法。建立基于视线的拦截器-目标相对运动方程,采用滑模控制理论,设计使纵向平面和侧向平面内的视线角速率趋于零的制导律。通过超扭曲滑模干扰观测器,估计目标机动,从而补偿制导系统中的不确定项,并避免滑模切换控制的抖动问题。反机动目标末制导仿真结果表明,所研究的滑模制导方法具有满意的制导精度和鲁棒性。