基于非线性规划算法的空间机动拦截优化

在考虑地球扁率J2摄动影响的情况下,提出了对异面轨道拦截控制的非线性规划方法,该方法既避开了求解两点边值问题的复杂数学计算,同时又可得到多脉冲拦截的最优解;仿真结果表明:模型及算法准确、有效,满足精度要求。

基于分层强化学习的低过载比拦截制导律

为解决低过载比和纯角度量测等约束下的三维机动目标拦截制导问题,提出了一种基于分层强化学习的拦截制导律。首先将问题建模为马尔科夫决策过程模型,并考虑拦截能量消耗与弹目视线角速率,设计了一种启发式奖赏函数。其次通过构建具有双层结构的策略网络,并利用上层策略规划阶段性子目标来指导下层策略生成所需的制导指令,实现了拦截交战过程中的视线角速率收敛,以保证能成功拦截机动目标。仿真结果验证了所提出的方法较增强比例导引具有更高的拦截精度和拦截概率,且拦截过程的需用过载更低。

弹道导弹机动突防的拦截模型研究

中段弹道飞行是各种导弹防御系统的研究重点,动能拦截器的发展已达到精细化、精确化的程度,对弹道导弹中段突防技术提出了挑战。针对动能拦截器的拦截与弹道导弹中段机动突防问题,研究了一种新的拦截器-突防弹机动策略,在突防弹不机动情形下,分别研究拦截器拦截成功的策略以及突防弹机动情形下突防弹突防成功的策略。在拦截器和突防弹的速度矢量平面内构建攻防对抗模型,基于动力学原理和奇异摄动理论,使用两种不同的脱靶量计算公式,通过脱靶量确定拦截器和突防弹拦截成功或者突防成功。仿真结果验证了该机动模型的正确性和有效性。

机动目标拦截的变结构制导律设计与实现

考虑目标机动和弹体动态特性,研究了导弹末制导律设计与实现问题。在切换函数的设计中应用增广比例导引的思想对目标的逃逸机动进行补偿;设计了变结构制导律,使得导弹的实际横向加速度具有增广比例导引的形式,来减弱弹体动态特性对制导精度的影响。在制导律实现过程中,应用高增益观测器对视线变化率进行了估计,同时通过将观测器进行二次扩张,实现了对目标机动加速度及其变化率的快速估计。最后进行了数值仿真验证,仿真结果说明了方法的有效性。

机动目标拦截末制导状态估计器的误差特性

针对大机动目标拦截问题,分析了末制导阶段目标机动条件下状态估计器的误差特性。首先将目标机动输入未知时的状态估计器模型表示为一随机线性混合系统,当混合系统的模式跳变事件满足可观测性条件时,模式决策过程可等效为真实模式的延迟;随后推导了模式决策延迟条件下估计误差的动态方程与传递函数,并得到了一定误差要求下模式决策延迟的上界与目标机动模式逗留时间的下界;最后通过空空导弹拦截高速战机的典型实例验证了该理论分析的正确性。研究结果为设计此类线性混合系统估计器提供了理论依据。

机动目标拦截器的信息模式分析

采用追逃微分对策理论描述大机动目标拦截问题,从分析拦截器的信息模式入手来研究微分对策解的结构形式.在给出追逃微分对策问题信息模式相关概念的规范化描述后,结合典型场景分析了拦截器的信息模式,表明大机动条件下拦截器的信息模式为无共享模式;随后证明了当目标机动满足"模式可检测性"条件时无共享模式等价于控制量延迟共享模式;最后给出了控制量延迟共享模式下微分对策解的结构,并证明了最优解条件下微分对策值与信息模式延迟间的单调性定理,为提高机动目标拦截性能指明了研究方向.

目标机动频率自适应估计的UKF滤波算法研究

研究了反弹道导弹中机动目标的拦截问题,提出了一种基于机动频率自适应的UKF滤波估计算法,将实时估计得到的机动频率应用于目标运动状态的滤波过程中,从而对目标运动信息进行快速而有效的估计。仿真结果表明,这种自适应估计算法,较固定机动频率的滤波算法,有较快的目标估计速度,较高的目标估计精度,能有效的跟踪和应对目标机动加速度的快速变化,有效避免了由于不能及时跟踪的目标运动信息而导致较大脱靶量的现象。

考虑落角约束和气动不确定性的固定时间制导控制一体化设计方法

文中研究落角约束和气动不确定性条件下的机动目标制导控制一体化设计问题。首先,将目标的加速度和气动不确定性考虑为有界的外部扰动。其次,将典型的反步法与动态曲面控制技术相结合,提出了一种固定时间滑模控制方法来解决制导控制一体化设计问题,并通过引入固定时间微分器有效避免反步法中存在的“微分膨胀”问题。然后,借助于固定时间稳定性理论对闭环系统进行了稳定性分析,表明所提方法能够使所有误差信号在任意初始条件下实现半全局固定时间一致最终有界稳定。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于新型扩张观测器的导弹滑模制导律

针对已有滑模制导律未考虑系统量测噪声的问题,提出了基于新型扩张状态观测器的导弹滑模制导律。该方法通过新型扩张状态观测器观测目标加速度并实时补偿滑模制导律,使导弹拦截机动目标时脱靶量更小,提高了拦截性能。仿真结果表明,基于新型扩张状态观测器设计的滑模制导律相较于传统的滑模制导律鲁棒性更强,具有工程实用性,也验证了新型扩张状态观测器的有效性。

基于滚动时域控制的寻的导弹末制导律研究

针对近距机动目标的拦截 ,设计了基于滚动时域控制的寻的导弹末制导律。本导引律在最优导引律 (OPG)研究成果基础上 ,采用滚动时域控制技术 ,将追踪过程分为若干有限时域的追踪 ,并在每个时域内 ,将追踪过程视为初始条件不断更新的非机动追踪模型 ,进行最优追踪制导 ,反复进行直到截获目标。它无需知道目标的未来运动轨迹 ,能有效追踪拦截机动目标 ,克服了 OPG要求完全知道目标未来运动轨迹的应用条件限制 ,并且简化了计算。仿真研究表明 ,该导引律性能优于 TPN,APN,接近 OPG。该导引律算法简单、有效 ,切合实际 ,可为工程应用提供参考。

剩余飞行时间加权的终端约束微分对策制导

为提高拦截导弹的毁伤效果和机动性能,基于微分对策理论,提出了一种具有碰撞角度约束和剩余飞行时间加权的微分对策制导律。该制导律的推导基于最坏目标机动情形,并不受限于目标是否机动及其具体的机动形式,同时由于采用了剩余飞行时间对控制命令加权,使得拦截导弹峰值加速度提前,从而具有足够的弹道调整时间以降低制导末端的机动性要求。基于非线性系统仿真进行了制导律的验证,结果表明该制导律可以实现近于零值的脱靶量和碰撞角误差,且拦截导弹制导末端的加速度也被大大降低。

升力体飞行器全程弹道规划与制导研究进展

升力体飞行器具有飞行速度快、机动范围大、反拦截能力强等特点,是国内外的研究热点。由于既要满足严苛力热约束又需要考虑机动反拦截和智能化,给弹道规划和制导带来了更高的要求。针对弹道振荡、能量管理、禁飞区规避、高精度交班、弹道优化、末段反拦截等问题,开展了持续、广泛和比较深入的研究,取得了弹道阻尼控制技术、多禁飞区规避解析弹道规划方法、广义标控脱靶量制导方法、伪谱收敛性证明、末段反拦截弹道规划方法等多项重要成果,为高超滑翔弹道规划与制导方法的实际应用打下了良好的基础。

基于观测器的滑模制导律

为考虑拦截导弹控制回路动态,所设计的滑模制导律在实际应用中往往涉及到不可量测的反馈状态变量和不确定性的内部参数等问题。采用自适应控制和观测方法,给出了一种基于观测器的自适应滑模制导律,观测器主要用于实现对系统状态,如视线角速度的高阶导数和有界不确定项,如相对运动速度的高阶导数等的在线估计,从而满足实际情形下的可执行性要求。制导律推导中考虑到了拦截导弹具有一阶机动动态的情形,且该方法也可以推广到具有高阶机动动态下的设计。非线性系统仿真表明,相比于传统的比例导引和滑模制导律,该制导律在足够的机动性能下,不仅可以实现对机动目标的碰撞拦截,且具有较强的机动性能和拦截性能优势,同时仿真结果也表明了所设计的观测器的有效性。

固定时间收敛扰动观测终端滑模制导律设计

针对机动目标拦截问题,设计了基于固定时间收敛扰动观测器(fixed-time disturbance observer,FxTDO)的终端角度约束非奇异快速终端滑模制导律(nonsingular fast terminal sliding mode guidance law,NFTSMGL)。通过具有固体时间收敛特性的扰动观测器对导弹拦截过程的外部扰动进行快速、精确估计。同时为了抑制抖振影响以及保证制导信号在有限的时间范围内收敛,设计了NFTSMGL,并进行了稳定性分析。仿真结果表明,FxTDO-NFTSMGL可以使制导信号在有限的时间范围内收敛至期望状态,并满足对机动目标拦截的要求,相较于无观测器的NFTSMGL收敛速度更快,且避免了抖振现象。

一致性约束下末制导系统最大可容许模式决策延迟

对于大机动目标拦截问题,模式决策器是基于逻辑的集成估计导引系统(Integrated estimation and guidance,IEG)中的一个重要组件.为了保证系统的估计精度和制导性能,模式决策器的模式延迟应尽可能小.本文针对末制导场景,首先推导了离散时间系统零控脱靶量的估计误差模型,然后在一致性约束条件下给出了系统最大可容许模式决策延迟的数值计算方法.本文的研究结果可为IEG系统中模式决策器的设计提供指标参考.