一种高空拦截导弹的自适应滑模制导律设计

针对使用传统的制导律拦截高空高速机动目标效果不佳的问题,提出了自适应滑模制导律;首先给出了比例导引律的具体算法,然后采用变结构控制理论,结合时变系统的特点,应用滑模自适应趋近律的概念,设计了导弹的自适应滑模制导律,并对其进行光滑处理,削弱了绕滑模的抖动;通过具体的仿真实例,表明了该制导律有更优良的弹道性能和鲁棒性,所需的控制能量更少,脱靶量更小,制导精度更高,相比传统的比例导引律,具有更强的实用性和有效性。

反舰导弹变系数修正比例导引研究

针对超音速反舰导弹自导段控制的特点 ,对比分析了两种典型的非线性导引规律即反馈线性化(FL GL)导引律和逆向接近导引律的优缺点 ,提出了一种称为变系数修正比例导引的方法。通过对其全弹道仿真结果的分析 ,说明所提出的导引规律是正确的 。

垂直攻击型武器末制导系统设计与分析

介绍了垂直攻击型武器末制导段的特点,分析了其制导控制系统的特殊要求。针对常规控制方案的不足,提出侧力板控制方案,推导出一种考虑速度变化的变系数比例导引律,并结合某型号飞行器进行了仿真。结果证明,侧力板控制与变系数导引律明显优于常规控制和常系数比例导引律,完全可以满足垂直攻击型武器在末制导段的要求,该项研究为型号设计提供了具有实际参考价值的结论。

基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律研究

利用虚拟目标概念和三维空间追逃模型,提出了一种基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律。该导引律能同时满足脱靶量要求和末端落角要求,保证了大空域变轨弹道的各段弹道平滑衔接。利用该导引律引导反舰导弹实现了各种形式的大空域变轨弹道。采用大空域变轨弹道有利于提高反舰导弹的机动能力和突防能力。仿真结果证明了所提出的基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律是很有效的。

攻击时间约束下的三维制导律

基于三维空间内导弹-目标的相对运动方程,针对固定目标,提出了一种攻击时间约束下的多导弹协同攻击的三维制导律。俯仰通道设计了滑模变结构制导律,偏航通道基于动态逆控制理论,采用机动控制,调整导弹的攻击时间,使其趋于指定值,并与在俯仰通道采用推导的增广比例制导律作了比较。最后,仿真结果表明,该制导律最终能使攻击的剩余时间误差趋于零,能够满足对制导精度和攻击时间的要求,证明了算法的正确性和优越性。

基于BP神经网络的自适应偏置比例导引

针对传统的解析偏置比例导引在大范围机动时制导精度较差的缺陷,提出一种基于反向传播(BP)神经网络的自适应偏置比例导引律,通过BP神经网络在线精确求解偏置项。深入分析解析形式的求解偏置项的误差情况,论证不同参数对偏置项求解误差的影响。证明了参数与偏置项间存在的一一映射关系,采用BP神经网络对该映射进行高精度的拟合逼近。对多维输入参数进行灵敏度分析,以此为依据,为BP神经网络在参数空间批量化生成均衡样本。建立基于BP神经网络的偏置项求解模型,采用Adam学习方法对网络进行训练,并从理论上证明了制导律的稳定性。随后对训练效果进行测试,并对所提出的方法进行数学仿真验证。仿真结果表明:所提方法能在有限计算代价下有效提升制导精度,在不考虑弹体动力学情况下,终端角度误差均值仅为0.024°,可为工程应用提供参考。

带初始前置角和末端攻击角约束的偏置比例导引律设计以及剩余飞行时间估计

针对导弹飞行过程中受到外部干扰导致前置角变化较大的问题,设计了满足任意初始前置角和末端攻击角度约束的偏置比例导引律,并对该导引律下系统参数的收敛性给出了证明。基于现有分段迭代求解剩余飞行时间的方法进行拓展,解决了现有分段迭代求解方法在前置角等于π/2 rad时存在奇点的问题,并用该改进方法给出了该导引律的剩余飞行时间估计。对提出的导引律和改进的分段迭代求解方法进行仿真,结果表明:该导引律能够满足任意初始前置角和末端攻击角度约束下导弹的脱靶量和末端角度要求,且在飞行末端加速度指令收敛至0;与以往研究结果相比,该导引律在前置角大于π/2 rad时能够实现对导弹的更有效控制;使用改进的分段迭代求解方法对提出的导引律进行剩余飞行时间估计,估计误差小,误差收敛快。仿真结果验证了该偏置比例导引律和剩余飞行时间估算方法的有效性。

基于自适应幂次切换增益的动能拦截滑模制导律

抖振问题限制了非线性变结构制导的应用。运用幂函数作为切换增益函数并设计全局鲁棒的滑模,构成自适应趋近律,实现切换线平滑趋近,形成基于自适应幂次切换增益的滑模制导律AP-SMG。给出其存在可达与稳定条件,并对空间目标的非机动和脉冲/连续机动环境作了仿真比较与参数分析。结果表明该制导律在动能拦截中可以有效削弱甚至消除视线角速率和控制律抖振,降低所需控制能量的同时能够保证制导精度,构造简单,无需智能结构辅助,总体性能优于基于常值切换增益的系列制导方法C-SMG。

变论域策略在导弹模糊制导律设计中的应用

比例导引律因结构简单而在实践中得到了广泛应用,但当目标机动逃避时,尤其是获得的目标机动信息不精确时,会产生较大的脱靶量。利用模糊逻辑不依赖对象精确数学模型、对知识具有很强的综合表达和逻辑推理等特点,设计了模糊制导律;并利用变论域策略,使输入模糊变量的论域随着输入变量值的变化而自适应地调整,相应的隶属函数也因此自动调整。数字仿真结果表明,导弹在变论域模糊制导律下具有比普通模糊制导律更加平滑的弹道,更小的视线角速度和指令加速度,仿真结果证明了所提方法的有效性。

拦截机动目标的多导弹协同制导律

面向多导弹协同拦截机动目标的问题,基于剩余飞行时间控制,设计了两种不同的协同制导律。针对多导弹分布式通信的场景,基于偏置比例导引的思想设计了具有时变导航系数的分布式协同比例制导律;针对指定攻击时间的场景,基于常值前置角下的剩余飞行时间形式,利用滑模控制和非线性扰动观测器设计了具有指定攻击时间的滑模制导律。仿真结果表明,所设计的两种制导律可以有效针对机动目标实施协同攻击或依次攻击。

偏置比例导引律在空地作战中的应用

针对导弹在空地作战中的末制导段攻击地面静止和运动目标的问题,更好地约束攻击角度,利用传统比例导引律加上偏置项,并将偏置项进行积分计算,再结合滑模变结构理论,以积分化项作为滑模动态面,设计了一种偏置比例导引律.该制导律在攻击地面目标时具有较高的制导精度,并通过Lyapunov理论证明了系统状态轨迹到达滑模面的过程是有限时间收敛且稳定的,满足其可达性条件.经过仿真验证了偏置比例导引律具有更好的攻击性能及攻击角度.

拦截高速机动目标偏置比例制导律研究

针对制导过程中碰撞角约束问题,提出了一种偏置比例导引律。该导引律采用时变的自适应导航比,兼备了顺轨和逆轨拦截能力,并可拦截高速机动目标和低速机动目标。针对机动目标推导了时变偏置角速率偏差的平面解析解,并且给出了自适应导航比的表达式;将平面制导律向三维扩展,给出了二维加速度与三维总加速度的计算关系,提出了三维期望碰撞角的实现方法。通过与3种导引律对比,验证了所提出导引律在碰撞角误差、脱靶量和控制力等方面均有优势。

变结构经典比例导引制导性能对比研究

为了提高导弹制导过程的鲁棒性,往往引入滑膜变结构控制理论来设计制导律。首先建立了弹目相遇问题的数学模型,引入滑膜变结构控制方法,设计了一种基于经典比例导引律的变结构制导律。采用无量纲方法,对比分析了两种制导律的视线角速度、加速度、脱靶量等性能差异;同时,采用消振因子消除变结构制导律中的抖振。考虑制导系统一阶动力学滞后及目标正弦机动,对变结构/经典比例导引的制导性能进行了系统的对比分析。仿真结果显示,相比于经典的比例导引,引入消振因子的变结构制导律可以达到较好的制导效果。

飞行器偏置制导律研究

高速交会条件下的某些特殊应用中存在目标点与瞄准点不一致的问题,需要飞行器在目标点旁偏置一段距离从而对瞄准点进行攻击,且在偏置过程中提出终端碰撞角约束的需求。针对此问题,在考虑到轨控发动机实际工作状态的特性下提出了一种改进的偏置制导律,通过设置偏置项,来同时满足攻击角和偏置距离的约束。经过数字仿真,证明在成功命中瞄准点的同时也能对碰撞角进行控制。

深空高速撞击的变系数末制导律设计方法

具有潜在撞击地球危险的近地小行星将对人类生存构成重大威胁,通过直接撞击的方式改变危险小行星的轨道是一种可行且有效的方法。以对地球威胁程度较大的近地小行星Bennu为预设对象,进行深空高速撞击末制导律设计。针对高速撞击任务相对速度大、撞击精度要求高、燃料有限的特点,考虑目标的运动加速度,基于增广比例制导律推导加速度指令:综合考虑机动时刻与燃料消耗、撞击精度的关系,将原常值比例系数设计为相对距离的归一化幂函数,在满足制导精度要求的前提下使机动时间更少、更靠前,节省燃料消耗;同时设计点火策略,将连续指令转化为脉冲发动机指令,无需预先给定机动时刻,且脉冲指令可直接应用于深空探测器。仿真结果表明,撞击器在本文算法的加速度指令下能在初始距目标9.36×10^(5)、较大相对速度10.2km/s场景下准确撞击目标,且相比定系数算法,本文的变系数算法在所需的点火次数、机动速度增量及燃料消耗方面性能更优,更具有效性与实用性。

联合攻角约束视场角和落角的末制导律设计

以期望落角击中目标能增强弹药毁伤目标效能,传统比例导引不能对落角进行控制,因此,提出以带重力补偿的比例导引律为基础,设计了基于变参数滑模调节项和视线偏差比例项组成的落角约束变结构偏置项,构成了比例导引加偏置项形式的末制导律。设计了指数形式视场角约束带通型系数,乘上偏置项约束视场角,并可设置缓冲区限制该系数作用范围,限制偏置项值在允许极限攻角对应极限过载内以约束攻角。通过对比仿真,验证了该末制导律的有效性和鲁棒性,表明了本方法具有更小的落角偏差和末端攻角又不失高制导精度,对剩余时间估计误差容忍性更好,同时保证视场角不超限,有利于导引头持续跟踪目标。

基于落角约束的偏置比例导引律的研究

为提升直升机机载反坦克导弹的落角和精度,根据弹目相对运动和碰撞三角形关系,给出导弹落角与弹目相对速度关系,进而推导出基于落角约束的变增益偏置比例导引律的关系式。通过与弹道成型制导律和分段变增益比例导引律对比,此导引律具有较高的制导精度,同时过载变化和控制能量消耗均较小。对此导引律研究表明,可以满足不同仿真条件并具有较高的落角精度,并随着落角约束增大,导弹过载和控制能量消耗变化加剧。最后进一步探讨此导引律的各项系数对弹道的影响,对偏置项和弹目视线角速率的变化分析表明,对于制导指令最初由偏置项起主导作用,此时弹道爬升,后续切换为比例项,在完成落角约束同时也保证弹道的收敛。

一种适用于靶弹落角约束的偏置比例导引律

针对比例导引等传统制导律在实现靶弹大落角约束时存在的各种局限性,利用已有研究成果,将一种偏置比例导引律成功应用于靶弹的大落角约束问题,并结合靶弹的研制和使用特点,提出了制导律的工程化方案。根据弹目相对运动学模型,采用理论推导方法,得出了靶弹弹道期望落角与需用偏置量之间的函数关系,表明了制导律的可行性。采用弹道仿真的方法,研究了制导律的制导性能。结果表明,导引律在最大需用过载、制导精度、落角精度等关键制导性能方面符合靶弹要求,适用于靶弹的大落角约束问题。

基于变系数组合比例导引律的弹道仿真研究

研究了导弹追击过程中的制导律,提出了一种串联复合制导的制导方式,即将整个制导过程分为前段制导加中段比例导引律制导加末段制导,其实质是变系数的组合比例导引律。详细介绍了初制导中瞄准算法设计工作原理,并重点阐述了中段和末段制导采用的比例导引律,通过VS2010和MATLAB实现导弹三维弹道的仿真,最后在视景仿真环境中得到进一步的验证。结果表明整个设计过程是有效可行的,并且与理论分析结果相符。

带末端碰撞角约束的三维联合偏置比例制导律设计

可拦截高/低速目标并带有末端碰撞角约束的制导律设计是研究难点,为此,设计一种三维联合偏置比例制导(UBPN)律。该制导律采用时变偏置角速率和时变比例系数,结合顺轨、逆轨拦截模式的优点,使用负比例系数拦截高速目标(顺轨模式),使用正比例系数拦截低速目标(逆轨模式)。给出偏置角速率的解析形式及时变比例系数的奇点解决方法,及二维约束碰撞角到三维约束碰撞角的具体实现过程。与比例制导律、负比例制导律、偏置比例制导律进行了对比验证,结果表明脱靶量、碰撞角误差均满足制导精度要求。