带有神经网络干扰观测器的视线角约束制导

针对具有终端视线(line-of-sight, LOS)角约束的机动目标拦截问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络干扰观测器的LOS角约束制导方法。首先,考虑目标机动过程中加速度信息无法获取的情况,给出了一种基于RBF神经网络的干扰观测器,实现了对目标机动的高精度估计;其次,充分考虑终端角度约束,结合超螺旋算法思想,通过幂次项的引入设计了一种改进的滑模制导律,从而有效提升了有限过载情况下的制导精度;在此基础上,通过Lyapunov定理对算法的收敛性和稳定性分别进行了证明;最后,通过仿真验证对比了3种不同方法在4种拦截场景下的制导性能,同时针对所提方法进行了蒙特卡罗打靶仿真,仿真结果表明所给出的LOS角约束制导律对机动目标拦截精度高、鲁棒性强。

考虑视线约束的导弹制导方法

高超声速导弹可以利用导引头探测的信息实现高精度打击,针对导弹攻击目标时受到导引头探测视线的约束问题,提出了一种考虑视线约束的制导方法。在建立了高超声速导弹弹道与制导模型的基础上,分析了在视线约束情况下如果仍按照传统的制导方法将无法准确命中目标的问题。面对该问题,采用滑动虚拟目标和导弹锥形机动相结合的方式,推导了考虑视线约束下的制导律;并通过选取不同的偏差状态以及视线约束角度进行仿真验证。仿真结果表明,该方法对不同的视线约束角度以及偏差状态具有较强的适应性,能有效提高导弹的命中精度。

一种带终端视线角约束的反舰导弹三维协同制导律

针对导弹的协同攻击问题,设计了一种带终端视线角约束的三维协同制导律,在视线坐标系下建立导弹-目标相对运动方程,基于一致性理论设计沿视线方向上的加速度使得多枚导弹同时攻击目标,基于有限时间理论设计沿视线法向上的加速度,使得各枚导弹以期望的视线角命中目标,并利用李雅普诺夫理论对所设计的制导律给出了稳定性证明,针对4枚导弹同时攻击海平面上机动的舰船这一场景进行了仿真,仿真结果表明所设计的制导律能够满足期望指标要求,具有较高的打击精度,并且所设计的制导律在导弹通讯拓扑结构发生变化时同样有效。

一种有视线角约束的模糊变系数变结构制导律

针对有末端视线角约束下拦截高速机动目标的场景,设计了一种模糊变系数变结构制导律。提出了一种自适应变结构制导律,制导律可以根据弹目距离自适应调整趋近滑模面的速度;用饱和函数代替制导律中的开关项,有效消除了系统抖振。仿真表明,拦截高速非机动和高速机动目标,提出的变结构制导律均可以满足视线角约束和脱靶量要求,但需用过载较大。为解决需用过载较大的问题,引入模糊控制方法,设计模糊控制器对变结构制导律中的导引系数进行优化,得到了一种模糊变系数变结构制导律,可以满足视线角约束且有效抑制了系统的需用过载。

视线角约束自适应滑模中制导律

基于导弹和目标相对运动方程,设计了视线角约束自适应滑模中制导律。应用Lyapunov稳定性理论证明了该制导律能使制导系统在有限时间内收敛至滑动模态面;当制导系统进入滑动模态面后,基于积分理论证明了中末制导交班时刻视线角能够收敛至期望值且视线角速率可以收敛至零附近。进一步将该制导律扩展到三维空间的拦截问题。最后,针对拦截正弦机动目标进行了仿真。结果表明:设计的制导律鲁棒性强,引起的交班误差小。

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。

适用于天基测控小范围视线角约束的运载火箭轨道优化设计

测控系统对运载火箭的约束是轨道优化设计的重要条件。随着卫星平台高度和宽度的增加,导致天基测控视线角约束越来越严苛。为保证发射大型卫星任务仍适用于天基测控,对运载火箭轨道进行优化设计,以运载能力最优为目标,迭代飞行程序角,满足天基测控小范围视线角约束条件,进而延长测控弧段。分析了运载火箭轨道优化设计对天基测控特性的改善作用。

一种改进的带角度约束最优制导律

为了实现拦截任务需求,考虑拦截弹的角度约束以及能量过早损失而不能满足后续拦截需求,推导了一种改进的最优制导律。基于能量最小目标函数结构,提出一种使初始段需用过载尽量小且终端视线角能收敛到期望值的控制权函数;基于小角度假设,采用最优控制理论,推导了带视线角约束的最优制导律;基于制导律能使终端视线角收敛的特点,将带终端视线角问题转换为终端交会角问题,得到带终端交会角约束的最优制导律。仿真结果表明,所设计的制导律能实现终端交会角控制,同时能保证制导初始段能量消耗较小,且命中精度较高。所设计的方法对拦截弹的最优制导律研究具有一定参考和应用价值。

预定时间多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间中协同打击机动目标问题,提出了一种具有攻击时间约束和视线角约束的预定时间协同制导律。提出的预定时间协同制导律由两部分组成。首先,设计了新的预定时间多智能体一致性协议,在此基础上设计了视线方向的预定时间协同制导律,保证各导弹同时命中目标。此外,设计了新的预定时间非奇异快速终端滑模面,在此基础上设计了视线法向的预定时间协同制导律,使得各导弹可以在预定时间内收敛到期望的视线角。最后,通过对以上协同制导律进行三维数值仿真,验证了设计的预定时间协同制导律的有效性。

考虑人类视线区域约束的机器人社交导航

针对人机共融场景中移动机器人与人类关注区域交叠的情景,提出了一种考虑人类视线区域约束的社交导航方法。首先,基于感知到的注视方向和注视目标,确定视线状态并构建视域交互模型。然后,借鉴电磁场和极限环理论,引入包括视线静电力、视线磁偏转力和视域交互势场力在内的扩展社会力对机器人的行为和人类视线之间的关系进行建模。进而驱动机器人根据任务类型以符合社交规则的方式主动避让或接近人的关注区域,在保证人类心理舒适度的同时提升了服务机器人的社交性。仿真实验部分的定性定量分析及相应的问卷评估表明了在机器人社交导航中引入人类视线区域约束的必要性,也进一步验证了所设计导航方法的有效性和适用性。

非奇异快速终端滑模及动态面控制的轨迹跟踪制导律

针对飞行器跟踪预设轨迹的问题,提出非奇异快速终端滑模和角度约束的轨迹跟踪制导律。通过引入虚拟目标点,提出参考轨迹曲率半径的期望视线角约束条件,建立带有视线角约束并考虑自动驾驶仪动态特性的轨迹跟踪数学模型。为了保证在有限时间内跟踪预设轨迹并避免出现奇异问题,采用快速非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计。推导出视线角误差和轨迹跟踪误差之间的数学关系,并利用Lyapunov稳定性准则证明轨迹跟踪误差最终有界任意小。与弹道成型轨迹跟踪制导律进行仿真对比,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的跟踪性能及鲁棒性。

基于蛇行变轨的反舰导弹末制导律研究

提出了一种超声速反舰导弹针对海面机动目标的主动蛇行变轨导引设计方案。首先建立了反舰导弹、拦截弹和舰艇在航向平面的运动几何关系模型,然后基于Terminal滑模控制的思想进行了制导律设计,采用约束视线角和视线角速度的方法使反舰导弹在打击舰艇的过程中实现蛇行变轨,以能够规避敌方拦截导弹。仿真结果表明,该制导律具有期望的性能要求。

一种基于双目SLAM的环境建模方法

利用计算机视觉对环境进行建模是机器人环境感知相关研究的一项重要工作。提出了一种基于双目SLAM的建模方法。该方法的主要思想是利用双目SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同步定位与地图构建)技术获取相机位姿,并利用双目相机直接获取场景的深度图,然后将二者融合成场景的点云地图。由于双目相机直接获取的深度图像误差点较多,因此提出了一种基于视线约束的点云滤波方法,来消除场景点云中的误差点。经过实验验证了建模的效果,以及视线约束点云滤波的有效性。

有向拓扑下无径向速度测量的多导弹协同制导

针对多枚导弹在平面内从各自期望的方向同时击中移动目标问题,提出一种有向通信拓扑下无需导弹-目标径向速度测量且带视线角约束的分布式有限时间协同制导律。基于平面内导弹-目标相对运动方程建立带视线角约束的多导弹协同制导模型。基于二阶多智能体协同控制理论设计了视线方向上的制导律,可保证有向拓扑下多导弹的打击时刻在有限时间内达到一致。基于齐次系统稳定性理论和积分滑模控制理论设计了视线法向方向上的制导律,可保证多导弹击中移动目标且视线角在有限时间内收敛到期望值。仿真校验所设计的协同制导律在理想条件下可使有向拓扑下的多导弹从各自的期望方向同时击中移动目标。

基于虚拟视角约束的机动目标拦截制导方法

为使导弹能够以一定的末端攻击角度对机动目标进行拦截,提出了一种带有终端虚拟视角约束以及终端视线角约束的机动目标拦截制导方法。基于速度系各运动矢量之间的变换关系,建立了虚拟相对运动坐标系下的非线性模型,并将线性模型中多项式制导的思想创新性地引入到非线性模型中,通过末端虚拟视角约束以及末端视线角约束对关于弹目距离的多项式虚拟控制量进行求解,并根据虚拟矢量与运动矢量之间的变换关系得到速度系下的加速度指令表达式。针对不同制导系数、不同末端攻击角度及不同类型的机动目标等条件进行了仿真验证,同时与弹道成型制导律进行了仿真对比。仿真结果表明,所提出的制导律可以使导弹以期望的攻击角度拦截机动目标,末端虚拟视角收敛为零,避免了末端指令饱和现象。

空间自由漂浮机器人对运动目标抓捕的路径规划

针对空间机械臂对运动目标的抓捕提出了一种分段的在线运动规划方法,重点解决机械臂可能遮挡立体视觉相机视线的问题,并满足抓捕时间要求.基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)建立了目标运动状态估计器.对立体视觉相机的视线遮挡约束进行了数学建模.将机械臂向目标的接近过程分成2个阶段,在2个阶段中分别使用多约束环境下的滚动RRT(快速扩展随机树)方法和能够快速接近目标的比例导引算法,并根据对目标运动状态的估计精度自主切换运动段.同时考虑组合体的动力学耦合特性,在运动规划中限制了平台姿态角速度.利用数学仿真验证了本文的目标运动状态估计方法和运动规划方法.比例导引方法可能由于机械臂遮挡立体视觉相机观测视线而抓捕失败,而本文的分段运动规划方法对全部仿真情况都能成功抓捕目标.本文的分段运动规划方法能够对各个方向运动的目标进行有效的运动状态估计并快速可靠地抓捕,避免了因遮挡立体视觉相机观测视线引起的抓捕失败.基于目标运动状态估计的切换策略能够根据实际的目标运动情况在线自主地切换2个运动段,对运动状态未知的目标具有鲁棒性.