机动弹道对抗导弹防御系统的效能分析

为了研究机动弹道对抗导弹防御系统的突防效能,梳理了弹道导弹防御系统的组成与作战流程,通过剖析系统的信息流向与处理过程,提炼出机动弹道突防导弹防御系统的机理,即采用机动弹道可使导弹预警信息处理能力下降,从而破坏、瘫痪导弹防御系统,实现导弹的有效突防。通过仿真滑翔机动弹道和椭圆弹道,并对计算的跟踪弧段、弹道估计和预报误差进行比较,结果表明:采用机动弹道,观测弧段压缩44%,弹道估计误差增大数倍,有效预报时间大大缩短。因此,采用机动弹道是导弹突防的一种有效手段。

反舰导弹末端机动弹道的实现研究

为了适应未来海战的特点和要求,如何提高反舰导弹的突防能力,已经成为各国研究的一项重点。本文在采用过载控制方案的基础上,采用非线性控制方法,设计了反舰导弹线性自适应变结构复合控制器。在过载稳定回路的基础上,通过对导弹高度和侧向偏移的控制实现了导弹的飞行控制系统设计。通过对导弹的末端机动信号的设计,实现了导弹纵向跃升和航向蛇形两种机动弹道。

机动弹道对导引装置探测能力的影响分析

根据导引设备平台高速变攻角运动和探测环境的特点,研究了弹载雷达和红外导引系统的探测能力以及最佳的探测条件,利用最优化理论,建立了再入机动弹道模型,仿真分析了最大机动距离弹道和最小机动距离弹道对导引装置探测性能的影响。结果表明,针对不同的导引头,采用不同的机动弹道将有助于导引头性能的发挥,从而进一步提高导弹的命中精度。

水下超空泡航行器机动弹道设计与仿真

水下超空泡航行器面向作战目标的直航弹道特性,在目标的机动规避和主动防御下,攻击策略将在一定程度上受限。针对该问题,设计了应对不同作战环境的机动攻击弹道和规避攻击弹道;建立了机动弹道水平运动模型,分析了机动弹道控制变量及主要影响因素;最后在给定的约束条件下,对预设弹道进行仿真。仿真结果表明航行器姿态变化平稳、弹道规划合理。

飞航导弹大空域机动弹道的最优设计

在飞航导弹飞行经过的空域内设置好若干个导航点,利用最优控制方法引导导弹依次通过这些导航点,实现了控制能量最优的机动飞行弹道。推导了基于捷联惯导控制方案的导弹最优控制过载指令公式,并进行了仿真验证。仿真结果表明,该方案提高了导弹的突防性能,具有较好的应用价值。

超声速巡航飞行器纵向机动弹道设计技术研究

以吸气式冲压发动机为动力的超声速巡航飞行器,其全程在大气层内飞行,飞行弹道易受到发动机性能、风干扰以及气动等偏差因素的影响。而其弹道采用爬升、巡航、下压和超低空巡航飞行相结合的方式,弹道跨度大。本文对其纵向机动弹道进行了研究,提出了用样条函数作为高度调节规律,采用过载控制方法,实现飞行器纵向通道的机动飞行并平滑过渡。最后以典型工况为例进行数学仿真,结果表明该方法能很好的满足超声速巡航飞行器高度控制任务需求,并且爬升/下压时间短、稳定性好。

基于伪谱方法的机动弹道优化研究

文中从多约束最优控制的角度对最优机动弹道进行了研究。首先建立无量纲化的弹道动力学方程组并提炼出关键性能参数;其次使用Legendre伪谱方法将多约束的机动弹道优化问题转化为非线性规划问题,并采用序列二次规划方法进行求解。优化算例结果表明文中的优化模型与优化方法是合理可行的。此外,对弹道模型性能参数与最优机动射程之间的关系进行分析,结果表明:最大升阻比对机动射程影响较大,参考升重比对机动射程具有一定影响。

反解法在再入机动弹道设计中的应用研究

简要分析了一般的再入机动弹道设计方法,即正解法。针对正解法对模型依赖性强和对初值非常敏感的问题,提出了一种基于误差补偿的机动弹道设计方法——反解法。该方法从弹道终端出发反解弹道,将计算结果误差转化为机动点参数误差,再通过关机点或中制导的调整进行误差补偿,从而有利于命中精度和打击效果的实现。仿真结果表明,该方法计算简便,对工程应用有一定的参考价值。

高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计

建立了升力体再入滑翔飞行器的气动模型和多约束模型。多约束模型除了包括热流密度、气动过载、动压和终端约束等典型约束外,还建立了更符合实际任务的路径点和禁飞区约束模型,并利用路径点、禁飞区和终端约束划分弹道,在各段分别使用高斯伪谱法进行弹道求解,将多段多约束的最优控制问题转换为非线性规划问题。改进的准平衡滑翔条件保证了弹道平缓。最后通过Matlab仿真计算验证了所用分段高斯伪谱法规划弹道比传统的高斯伪谱法具有更精确的优化结果和更高的优化效率。

高机动弹道目标末端拦截的新型有限时间滑模制导律设计

针对高机动弹道目标末端拦截问题,设计了一种具有有限时间收敛特性的新型滑模制导律。首先针对目标三维运动强耦合的特点,基于视线旋转坐标系内弹目相对运动关系建模,结合降维微分几何制导律和滑模控制理论,并采用快速双幂次趋近律构造了有限时间内快速收敛的连续制导指令;同时,采用了一种在末端拦截段使视线转率随弹目相对距离的减小在有限时间内快速收敛的滑模面;进而将目标的机动加速度视为上界未知的有界扰动,并通过自适应估计实现对目标加速度上界的快速逼近,可显著提高滑模面收敛速度,同时减弱抖震现象;最后,通过李雅普诺夫定律,对所提出新制导律的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的新型制导律能有效拦截高机动弹道目标。

鱼雷线导机动搜索弹道使用时机研究

潜艇攻击远距离目标时,无论通过自身综合声纳探测解算目标运动要素还是借助外部目指掌握目标位置信息时都存在较大误差,致使目标散布范围扩大,导致鱼雷捕获目标失败。基于这种背景,对“线导+末自导”机动搜索弹道攻击流程进行梳理归纳,绘制线导机动搜索弹道示意图和流程图;通过Matlab仿真验证机动搜索方式在远距离、大误差情况下能够提高目标命中概率的有效性;并在线导使用时机和机动搜索弹道使用时机研究基础上,提出现代智能鱼雷线导机动搜索弹道的作战使用时机。

滑翔导弹末段多约束智能弹道规划

滑翔导弹末段飞行时空复杂度高、不确定性强、约束多,给弹道规划与制导算法带来了较大的建模和求解难度。针对这一问题,同时增大末段机动范围并提高弹道规划效率,本文提出一种利用连续型深度置信神经网络(ConvolutionalDeep Brief Networks,CDBN)预测机动能力、设计经由点状态实现末段多约束智能弹道规划的方法。过程中采用CDBN对机动能力进行在线预测,快速判定经由点状态的可行性,并且通过经由点状态智能设计,实现前后段能量的优化分配,扩大弹道机动包络;通过设计三角函数型弹目视线角实现末段弹道摆动机动,推导机动弹道最优末制导律对视线角进行跟踪,并调节机动频率以满足速度约束。仿真结果表明,CDBN相对BP网络具有更高的机动能力预测精度;本文所提智能弹道规划方法在满足末端速度约束的前提下,可以实现弹道摆动机动并大幅增加飞行包络。弹道规划能够在0.5s内完成,满足工程应用的快速性要求。

基于非对称交互多模型算法的上升段弹道估计

弹道导弹上升段涵盖助推段和自由段,动力特征复杂,传统跟踪算法难以获得其全程稳定高精度的弹道估计。对此提出一种用于上升段弹道估计的自适应非对称交互多模型算法,模型集由三维当前统计模型和精确动力学模型构建,并对模型状态矢量进行统一。仿真结果表明,算法实现了对导弹上升段稳定高精度跟踪以及关机点的有效检测,与传统CS算法相比较,自由段弹道估计精度提高68.9%,且可有效检测导弹的运动模式切换,检测延迟小于2s,滑行段暂态误差降低79.5%。

基于滑模控制的飞行器螺旋机动、制导与控制一体化设计研究

针对空舰飞行器末制导过程中突防能力不强;制导、控制回路分离设计在带宽分离假设条件不满足情况下的控制效果较差的两方面问题,将飞行器制导与控制回路进行一体化设计,并引入三维螺旋机动的弹道机动形式,实现了螺旋机动、制导、控制一体化的设计研究.首先对飞行末段的制导、控制回路进行了一体化建模,之后应用滑模控制方法,完成了制导与控制一体化的控制律设计,而后引入了对视线倾角速率与视线偏角速率的周期性拉偏,完成了螺旋机动、制导、控制一体化设计,仿真结果表明,本文设计的控制律在保证对目标的精准打击能力的同时具备了攻击过程中的弹道螺旋机动能力.

机动导弹飞行中段突防能力分析

为分析机动飞行导弹的突防能力,提出一种简化的突防概率计算方法。利用不同的拦截制导模型,对平面机动方式产生的脱靶量进行理论分析。以高超声速巡航导弹为例,采用蒙特卡罗仿真方法计算机动飞行时的突防概率,与理论分析结果进行对比以证明方法的正确性。最后计算当拦截弹以不同射面拦截时,对机动导弹突防能力的影响。

摆动式突防对比例导引弹道的影响分析及仿真

为提高弹道机动的有效性或合理设计拦截制导律,需要定性分析突防弹与拦截弹间的法向过载关系、视线角速度变化规律、拦截弹道的稳定性等问题。对相对运动方程的相关参数进行合理简化后,推导了由于突防弹机动引起的拦截弹比例导引弹道的视线角速度及需用法向加速度的解析公式;在考虑拦截弹制导系统时间延迟时,分析了比例导引弹道的稳定性条件;针对突防弹进行正弦机动的弹道模型,进行了拦截仿真,验证了解析公式的合理性。

基于反馈线性化的靶弹弹道跟踪制导律设计

针对导弹靶弹的弹道跟踪精度问题,基于反馈线性化和最优控制理论设计了一种弹道跟踪制导律。首先,通过对靶弹进行受力分析,建立靶弹纵向运动非线性方程组;其次,根据反馈线性化理论的定义和充要条件,详细推导得出靶弹的精确线性化运动方程;最后,通过最优控制理论设计弹道跟踪制导指令,并在阵风干扰和不同机动飞行弹道下,与基于小扰动法和固化系数法设计的跟踪制导律进行比较。结果表明:基于反馈线性化法设计的弹道跟踪制导律具有较高的弹道跟踪精度和较低的需用过载。

一种水下用改进互补滤波结合Kalman滤波联合修正算法

针对惯导系统器件自身及初始姿态阵的残留误差在导航定位解算过程中,会随着时间推移而产生累积效应,对导航定位精度产生严重影响,提出一种水下用改进互补滤波结合Kalman滤波联合修正算法。该算法结合了实际水下机动特性,采用平滑滤波及IMU输出模值联合对机动状态进行判定,采用基于PID的改进互补滤波,结合Kalman滤波在线修正算法,在定常运动段对误差进行估计修正。该算法适用于实际水下工作环境、动态响应速度快、稳态误差小,提高了水下导航定位精度。相应仿真实验验证了该算法的正确性及有效性。