关于多倍速导弹追击轨道的求解

由轨道运动学理论构建系统的模型框架,采用近似技术建立空间导弹快速拦截模型,求解轨道参数;根据飞行器高度一定或导弹垂直速度一定的最优化设计,探讨了这两种状态下最优化方案的最优解,确定了轨道方程,并对其核心问题即确定追击轨道和打击时间进行了讨论.     

基于零控脱靶量的卫星末端追逃控制方法

针对拦截卫星和目标航天器都可以采用幅值受限连续推力进行轨道机动时的卫星末端拦截控制问题,由于对抗双方都会采用对自己有利的控制策略来实现追击和逃逸,因此将该问题可以看作追踪逃逸问题.由于两卫星距离较近,因此将非线性拦截逃逸相对动力学简化为CW方程.根据拦截任务终止要求引入零控脱靶矢量将动力学方程降阶,采用拦截脱靶量和燃料消耗作为二次最优目标函数,推导了卫星轨道次优控制策略.仿真表明该控制方法可以在目标卫星具有机动逃逸能力时仍能成功将其拦截.      

单目条件下利用成像关系估计弹道导弹射向

提出了一种在单目(单卫星相机)条件下由序列图像估计弹道导弹射向的方法.根据相机成像的物像空间几何关系建立静止轨道卫星相机成像模型,估算弹道导弹轨迹在像面上的多个映射点所对应的空间点位置,根据导弹轨迹在成像面上映射的多点位置和空间中不重合的三点可以唯一确定一个平面的原理估计弹道导弹射向.本方法主要优点是不需要导弹轨迹先验模板,所需附加知识较少,可以用较小运算量获得满足一定精度的射向估计.实验结果表明,在发射点处于中低纬度时,估计误差小于5°,本方法可以较好地估计导弹飞行方向.     

浅析嫦娥系列月球探测卫星轨道设计

嫦娥系列月球探测卫星轨道设计是基于受摄二体问题模型和限制性三体问题模型,根据相应的约束条件,利用摄动理论,求解卫星地月转移轨道入口点和卫星月球捕获点的状态参数,从而利用轨道拼接法设计运行轨道,并根据探测卫星不同任务设计特定的轨道.     

答读者问

问:何谓“星球大战”计划?(天铎国胜) 答:所谓“星球大战”计划,是指1983年3月23日里根向全国发表的一项《总统的战略防卫倡议》。该倡议提出,美国将于本世纪末以前建立空间反弹道导弹战略防御系统,对来袭导弹进行多层综合拦截,以提高拦截成功率和减少核爆炸对本土的影响。美国设想的防御体系大致分为三层:(1)由卫星携带的常规弹头对刚发射出的来袭导弹进行拦截,其命中率达90％;(2)由卫星上或地面上配置的激光武器对穿过第一层防线的来袭导弹于外空进行拦截,其成功率也是90％;(3)由从地面发射的密集型导弹摧毁从第一、二层防线中漏网的全部导弹。该计划称为“战略防御     

含有J2项摄动的卫星追逃轨道优化

研究含有摄动作用下卫星拦截逃逸的双边最优控制问题,其中假定拦截卫星和目标都使用幅值受限连续有限推力进行机动。在卫星所受二体引力基础上加入J2项非球形摄动,推导了两星的动力学方程。为了求得该微分对策问题的鞍点最优解,根据极大极小值的充分必要条件由系统的哈密顿函数得到双边最优时的控制输出,将最优控制问题转化为两点边值问题。针对该问题存在的初值难以获取、收敛困难等问题,采用启发式优化算法搜到鞍点解的初值,并将其带入非线性优化算法获得精确数值解,最后通过仿真给出了两星追逃过程中的最优轨迹和双边最优控制输出。      

自寻的导弹拦截问题的数学模型及其仿真

已经发表的自寻的非滚转导弹拦截问题的数学模型往往是平面模型或空间质点模型。本文给出了描述自寻的非滚转导弹拦截问题的变质量多刚体的空间运动模型。该模型将导弹看成空间运动的变质量多刚体,并考虑了导引头跟踪目标时的空间动态特性和导弹与目标的空间相对运动关系。另外,本文还讨论了空间模型的通用仿真程序。本文不仅为自寻的导弹制导系统的更深入研究提供了基础,也为拦截问题的精确仿真提供了基础,同时,对其它飞行器的控制问题也具有一定的参考价值。     

双层协同对地观测卫星星座设计

针对日益增长的卫星对地观测需求,提出了一种双层卫星星座设计方案.首先,分析了我国目前对地观测卫星的覆盖性能,以时间分辨率和空间分辨率作为对地观测星座的评价指标;然后,通过优化卫星轨道高度,得到满足任务要求的最优轨道;最后,通过设置轨道相位使得整个星座构成全连通链路,单个地面站与卫星相连便可以与整个星座相连,从而摆脱了对中继卫星的依赖.该方案充分结合了中轨星座时间分辨率高、低轨星座空间分辨率高的优点,相对于传统的单层卫星组网方案,双层星座能够以高空间分辨率和时间分辨率对全球任意目标1 d观测多次,并实现遥测指令与观测数据的实时传输.     

一种基于ELMAN神经网络的最优中制导律

对于中远程导弹,为得到最优中制导弹道,提出了一种基于ELMAN神经网络的最优中制导律。研究和仿真分析表明这种基于ELMAN神经网络的最优中制导律与其它末制导律配合,可有效提高导弹拦截机动目标的性能。     

基于NSGA-Ⅱ算法的编队卫星重构策略

针对编队卫星在遭遇空间碎片威胁时的规避决策问题,改进并采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对卫星进行编码,以改进的差分进化算法作为轨道生成模型,以Pareto支配筛选出最优解集,通过引入编队卫星的机动消耗、碰撞概率、工作效率等指标,对卫星的规避轨道进行筛选,保证编队卫星的各项指标得到兼顾.最后以三星编队的海洋侦察卫星为例,引入相位调整、概率计算、水平方向精度因子(HDOP)计算等模型,通过多目标优化算法获得规避轨道的最优解.仿真结果表明,在不同任务目标下,该方法可以更有针对性地制定编队卫星规避策略.     

战术弹道导弹助推段拦截预测导引方法

针对弹道导弹助推段拦截的末制导问题进行研究,建立了弹道导弹助推段的运动模型,根据助推段的运动特点提出了预测导引末制导方法,通过分析零效脱靶量将比例导引的过载指令与轨控发动机工作时间进行等效。在不同的弹目速度初始夹角下分别用预测导引和比例导引法仿真并进行对比分析,仿真结果表明预测导引较比例导引在较大的末制导起始区域内具有更短的拦截时间和更少的轨控发动机燃料消耗量。     

采用混合遗传算法设计最短时间4冲量转移轨道

转移轨道的设计与优化是航天器完成空间任务的基础性工作,研究最短时间转移轨道的设计方法对执行空间快速响应的航天任务具有重要意义.本文通过分析4冲量轨道转移的物理过程,将轨道优化问题转化为参数优化问题,从而建立了多冲量轨道转移的数学模型:而后采用混合遗传算设计最优轨道,设计了串联型和嵌入型两种不同的混合结构,并选择一种具有自适应性的退火惩罚函数策略来处理约束条件;最后通过数值仿真验证了算法的有效性.仿真结果表明,本文设计的两种混合遗传算法能够很好地处理多冲量变轨的优化问题,特别在处理多约束条件时十分灵活、有效.     

高超声速目标拦截含攻击角约束的协同制导律

针对高超声速目标拦截的制导问题,提出了一种带攻击角约束的协同制导律.在垂直弹目视线方向,由攻击角约束得到期望的终端视线角,利用非线性干扰观测器对模型中的干扰进行估计,结合非奇异终端滑模理论设计视线法向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的视线角速率收敛到0且视线角收敛到期望的终端视线角;在沿弹目视线方向,基于二阶多智能体一致性算法设计视线方向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证各枚导弹同时击中目标.通过对4枚导弹协同拦截高超声速目标的情景进行仿真,验证了所设计制导律的有效性.      

弹道导弹防御的交战程序组设计

针对一体化的弹道导弹防御问题,提出了有效进行弹道导弹防御的按程序自动交战原则的交战程序组设计方法。根据一体化的多层弹道导弹防御系统构成,提出了弹道导弹防御交战程序组的概念,设计了实现弹道导弹全程拦截的助推段、中段和末段交战的交战程序组,规划了交战程序组的信息时序。交战程序组的设计对于弹道导弹防御系统的筹划和建设以及系统的作战运用将具有重要的作用。     

基于多影响因素的反导拦截区域仿真

针对传统的反导防御系统拦截区域算法考虑因素单一,难以满足导弹攻防对抗对反导防御系统精确描述的需求,对拦截区域的主要影响因素进行了分析总结,提出并建立了一种考虑多影响因素(包括拦截武器最大拦截距离、多功能雷达方位角及探测角)的毁伤目标拦截区域计算模型。采用该模型对不同部署阵地和雷达探测角下的反导防御系统拦截区域求解,并给出仿真实例。结果表明,在一定条件下拦截区域面积随拦截武器系统最大拦截距离、多功能雷达方位角和探测角的增大而增大。该模型能够更加精确地计算出反导拦截区域的特性参数,可供导弹攻防对抗中防御方模型设计和参数设置引用与参考。     

提拉活塞式导弹水下发射过程数值模拟

为综合潜艇和导弹在作战中的优点,将陆上导弹常用的提拉活塞发射方式移植到水下,并利用潜艇进行水下导弹发射,对提拉活塞式导弹发射过程进行数值模拟,建立了耦合求解非定常流场和运动的数值仿真模型,在给定初始条件下,模拟了导弹在水下和空中发射的出筒过程,分析了发射流场和导弹运动参数的变化情况.仿真结果表明:在水下发射导弹的过程中,海水来不及填补因导弹运动形成的弹尾区域空隙而形成了空化,产生了较大的压差阻力,减小了出筒速度和增加了出筒所需时间;弹尾处空化的产生增大了导弹水动力特性的不确定性,给发射内弹道的设计和控制造成了困难,弹尾处空泡溃灭后产生的压力波对弹尾和筒底形成巨大的冲击载荷,并对弹尾和筒底的结构防护提出了更高要求.     

基于POMDP的主动雷达制导弹干扰措施优化方法

以主动雷达弹对抗为背景,研究了单平台机载电子对抗资源的调度问题。为解决导弹导引头状态观测不确定性问题,引入部分可观测马尔科夫决策过程(POMDP)理论,分析了POMDP模型的要素,建立了针对主动雷达制导导弹的干扰资源优化POMDP模型,并利用最优策略可达空间的连续近似法(SARSOP)进行求解。将电子支援措施(ESM)的观测值输出与电子干扰措施(ECM)的优化策略相结合,提出了一种基于POMDP的电子对抗资源实时调度优化算法。仿真结果表明,该方法能够实现目标状态不确定情况下的干扰资源有效调度,相比现有的调度策略,可以使导引头更多维持在搜索状态,更少停留在稳定跟踪状态。     

行星际小推力转移轨道分层初始设计方法

针对小推力转移轨道设计问题,提出了一种结合切比雪夫多项式拟合和离散脉冲策略的分层初始设计方法.基于曲线拟合思想采用切比雪夫多项式对小推力轨道进行逼近,建立起轨道状态与时间的关系,避免了传统曲线拟合策略中时间约束的解算并舍去了速度方向假设;在全局搜索中利用低阶多项式求解边界约束得到降维解空间中的全局最优解;在此基础上,增加切比雪夫多项式的自由度并局部优化;通过脉冲离散并进一步优化求解出引入路径约束的小推力轨道.以地火交会轨道及地-火-木星借力交会轨道为例对所提方法进行了仿真验证,结果表明此方法可有效地对交会、借力轨道进行快速全局初始设计.     

带碰撞角约束的最优多项式制导律

针对导弹对地面静止目标的打击问题,基于非线性导弹运动学模型提出了一种二维多项式制导律.该制导律不仅能保证导弹以期望的碰撞角命中目标,而且能使特定的价值函数最小化.此外,制导律作用下系统状态的解析解可以求解得到,从而实现了对制导系统状态的定量分析.数值仿真验证了所提制导律的有效性.