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。

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。

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。

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。

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。

带多约束条件的次最优中制导律设计

针对使用捷联式导引头的制导弹药,设计了次最优中制导律,以满足卫星制导与激光制导两种模式的交接要求。由于涉及到时变系统的解析求解,一般情况下,带多约束条件最优制导律的设计非常困难。利用以下的方法来解决这一问题:首先根据最优控制理论确定次最优中制导律的结构框架,然后根据该框架反向推导出变参数的合理常数替代值。利用设计的次最优中制导律,在交接段,导引头量测视线偏差角远小于视场角,并考虑了控制能量和落地时脱靶量等方面的约束要求,具有非常简单的形式,仅较比例导引律多出一项,减少了制导指令计算对弹载计算资源的占用。

具有终端角度约束的H_∞制导律设计

针对导弹对地面运动目标精确攻击时姿态约束的H∞末制导问题,提出了一种新的具有终端角度约束的制导律。基于二维弹目相对运动学的非线性关系,并将目标机动运动和系统结构摄动作为外部的扰动,建立了垂直平面内弹目相对运动的数学模型。以命中点终端姿态角跟踪误差和控制能量最小为性能指标,同时基于零化弹目视线角速率的思想,设计得到了非线性H∞鲁棒制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性,而非求解HJI偏微分方程,同时也避免了对剩余时间的估计。数字仿真表明这种制导律在不需要任何目标运动信息的情况下,仍然保证终端角度和制导精度的要求,具有很强的鲁棒性和适应性。

一种新的有限时间收敛的末制导律设计

针对机动目标的三维拦截问题,提出了一种基于有限时间收敛的新型末制导律设计方法。首先针对三维弹目相对运动学模型,提出了末制导律设计的基本设计原则和要求。其次,提出了一种新的非线性积分型Terminal滑模面,避免了传统Terminal滑模的奇异问题。并针对弹目相对学模型,设计一种具有鲁棒性的积分型Terminal滑模制导律,同时基于李亚普诺夫稳定性理论严格证明了在该制导律作用下,不仅可以达到零化弹目视线角速率的要求,而且也保证了末制导系统在有限时间的稳定性。最后通过对目标机动的拦截仿真,与比例导引律相比,不仅具有更高制导精度,而且也实现了制导系统有限时间的稳定。

一种新的具有攻击角度约束的末制导律设计

研究导弹末制导性能优化问题,在末端要满足攻击角度的约束条件,要求优化空地导弹末制导命中目标精度性能。针对导弹和地面目标所形成动态系统的非线性运动学关系,通过分析导弹在终端命中点角度约束条件,并利用零化视线角速率的设计思想,根据滑模变结构控制理论,提出了一种非线性滑模设计方法,得到了具有攻击角度约束的导弹的末制导律。同时利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性。把末制导律应用于导弹系统并进行仿真,结果表明,在不需要任何目标运动信息的情况下,导弹都能获得期望的攻击角度约束和制导精度,证明导弹制导算法对地面目标有较强的鲁棒性。

基于终端角度约束的自适应鲁棒制导律设计

针对空地导弹攻击地面目标的末制导问题,提出了一种新的基于终端角度约束的自适应鲁棒制导律;基于末制导中二维弹目相对运动学关系,考虑目标的运动特性,建立了描述弹目相对运动的数学模型;基于零化弹目视线角速率的思想,并将目标机动运动和系统结构摄动作为外部扰动,以命中点终端姿态角跟踪误差为性能指标,设计得到了非线性自适应鲁棒制导律,同时该方法利用Lya-punov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性;数字仿真表明这种制导律在不需要任何目标运动信息的情况下,仍然保证终端角度和制导精度的要求,具有很强的鲁棒性和适应性。

一种新的非线性末制导律设计

基于拦截机动目标的末制导问题,提出了一种新的具有鲁棒性的非线性末制导律。基于二维平面内弹目相对运动学关系,将目标机动作为有界干扰量,建立了描述弹目相对运动的数学模型。引入一阶弹体动态特性,借助于零化弹目视线角速率的思想,采用Nussbaum-type增益技术,设计一种非线性鲁棒末制导律,同时利用Lyapunov稳定性理论证明了在该制导律作用下末制导系统的稳定性。最后通过与比例导引律进行对比,数字仿真验证了所设计的非线性制导律的有效性,具有很强的鲁棒性和适应性。

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。

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。

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。

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。