基于目标机动检测的集成估计与制导方法

基于传统的估计器和制导律独立优化设计方法在实际的目标拦截情形中如有界控制、饱和状态变量等其综合性能不是最优,同时目标机动估计延迟对拦截导弹寻的性能具有较大影响,将估计器和制导律集成考虑,给出一种适用于随机机动目标拦截的自适应集成估计与制导方法。该方法主要由滤波器组、制导律组和1个目标机动命令切换时间检测器构成。检测器为广义似然比检测器,对目标机动特征如目标机动突变时间和突变量等进行检测,并由检测时间对滤波器和制导律进行在线选择,从而削弱估计延迟对导弹寻性能的影响。基于Monte Carlo试验法进行仿真。研究结果表明：该集成估计和制导设计方法与具有单一滤波器和制导律的方法相比,可有效提高导弹单发命中概率。     

拦截高速机动目标最优制导策略

在远距离拦截高速、频繁机动的目标不能采用单一制导律,而要采用综合的制导策略来应对。目标被拦截时的碰撞角是制导问题中另一个重要参数,它对战斗部效能的影响极大。考虑二维平面内,通过将非线性弹目运动关系降阶,运用最优控制理论推导制导指令,引入时间相关的分段线性阻尼项,提出了一种针对高速、高机动目标的最优制导策略。得到的制导策略可令导弹在拦截高速机动目标时,对目标机动的敏感度随时间而变化,分析了参数不同的时间相关阻尼对拦截弹道的影响。通过二维非线性仿真验证了制导策略的性能,且可以满足终端碰撞角约束。     

拦截蛇形机动目标考虑自动驾驶仪动态特性的最优制导律

针对目标蛇形机动及导弹自动驾驶仪动态特性对制导精度的不利影响,基于二维制导模型,推导了拦截蛇形机动目标考虑精确自动驾驶仪动态特性最优数值制导律. 设计了蛇形机动目标特性卡尔曼滤波器,分析了该最优数值制导律的具体实现方法. 仿真结果表明,卡尔曼滤波器对蛇形机动目标跟踪性能良好;采用蒙特卡洛仿真技术,证实了该最优数值制导律比已有拦截蛇形机动目标最优制导律制导性能高,能有效降低目标蛇形机动及自动驾驶仪动态特性造成的不利影响.      

基于制导/估计综合设计的协同制导律

基于普通分离原理,将反导作战噪声环境中拦截高速机动目标的制导问题考虑为一类非线性、非高斯追逃拦截问题.引入追逃未达集概念,利用几何方法将估计器设计方法结合到制导律的设计中,通过理论推导综合设计了估计器和制导律,并在此基础上,在目标函数中,引入包围因子,对多拦截器协同制导律进行了研究.数值仿真验证了基于制导/估计综合设计的协同制导律的制导性能和有效性.     

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。     

一种适用于高速拦截的滑模末制导律

实际导弹系统存在一系列的参数不确定性及外部扰动,而利用滑模变结构系统具有的抗干扰和抗参数摄动特性,可以设计出对干扰具有很好鲁棒性的滑模制导律（SMG）。但目前广泛采用的基于零化视线角率的滑模制导律在用于高速（高超声速）拦截情况时,由于相对速度大,视线角率在零点振荡剧烈,很容易导致系统的发散。针对这一问题,（西北工业大学航天学院）设计了一种新型滑模制导律,其并不要求时时将视线角率控制为零,而是随着弹目标距离的减小,自动适当地放宽对视线角率的约束,从而有效缓解了传统滑模制导带来的强振荡问题。最后通过某高超声速拦截导弹的六自由度拦截仿真来说明这种滑模制导律的性能。与传统滑模制导律相比,在高速拦截时,其制导指令的振荡问题得到明显缓解,同时还保留了滑模系统的鲁棒特性。     

三体对抗中的自适应协同突防策略

针对三体对抗中由目标飞行器释放的弱机动防御弹难以精确打击高机动来袭拦截弹的问题,提出了一种目标-防御弹的自适应协同突防制导策略。首先,根据已知的拦截弹的制导策略和运动信息,以最小化脱靶量和控制代价为目标,通过系统降阶,利用最优控制理论设计了目标-防御弹的最优协同制导律。接着,考虑实际攻防对抗中拦截弹制导策略未知的情况,采用基于平方根容积卡尔曼滤波的多模型自适应滤波器估计拦截弹的制导策略和运动信息,利用模型概率对各模型的最优协同制导律进行混合输出,得到自适应协同突防制导律。仿真结果表明:最优协同制导律能让目标飞行器协助防御弹在不具备机动能力优势的情况下成功打击拦截弹,且脱靶量小于0.1m;自适应协同制导律能够准确地估计拦截弹的运动状态,并使得防御弹在目标飞行器配合下以较小的控制代价精确地打击拦截弹,脱靶量有97%的概率落入小于0.765m范围内。     

三体对抗策略的预警机主动防御最优协同制导算法

针对预警机机动能力有限,在空战中易受到敌方先进导弹的“瞄准斩首”威胁的作战情况,研究由预警机或者护航机发射防御导弹以对抗来袭导弹,并在战场感知、信息共享、战术协同的条件下,预警机进行规避动作的主动防御方法设计。充分利用最优控制理论,在研究推导二维平面下目标飞机、防御导弹、目标导弹组成的三体攻防对抗问题中最优协同制导算法的基础上,通过三维空间主动防御过程的二维投影的方法,将三维主动防御制导律设计问题转化为两个相互约束的二维平面制导律(水平面和垂直面)设计问题,实现了协同制导律从二维向三维的扩展。仿真结果表明,相对于传统的拦截制导算法,所提出的制导算法不仅满足所需的拦截精度,而且具有较小的拦截过载,具有一定的优越性。     

拦截机动目标自适应反馈线性化末制导律

针对采用反馈线性化制导律拦截机动目标时,需要相对运动模型精确,对参数不确定无法保证系统鲁棒性的问题,提出一种自适应反馈线性化制导律设计方法.将目标机动加速度视为未知量,建立拦截器与目标的非线性相对运动模型.应用反馈线性化和模型参考自适应理论获得制导律,同时对目标加速度进行估计.该制导律形式简单,不需要知道目标精确的加速度信息.仿真结果表明该制导律能完成不确定机动目标的拦截.     

航空制导炸弹弹着角约束下对地全向攻击范围研究

利用虚拟位移方法推导得出一种弹着角约束下制导炸弹变结构导引律。通过对典型投弹高度下制导炸弹对地全向攻击范围的研究发现,采用该制导律的制导炸弹在一定投放条件下具备全向攻击能力,尤其是采用大倾角小速度投放时,地面攻击范围较广,攻击区域内不存在盲区,将有助于提高制导炸弹对投弹位置误差和目标机动引起位置偏差的适应能力。     

带碰撞角约束的高速飞行器小速度比交会制导律

针对目标飞行器速度较大引起的拦截器与目标速度比小于1的空间交会问题,建立拦截器与目标交会的三维运动模型,分析共面运动的碰撞角对相对速度及有效碰撞面积的影响并讨论交会的速度比条件. 基于初始预测的目标速度信息,根据准平行接近原则将碰撞角约束转化为交会过程中的视线角约束,应用变结构控制设计带视线角约束的三维制导律并分析其稳定性. 结果显示,设计的制导律不仅使视线角速率逼近于0,还可以实现以期望的碰撞角实施交会,并且对预测的目标速度偏差具有较强的鲁棒性.      

一种基于落角约束的偏置比例导引律

为增大反坦克导弹的命中落角,提高毁伤效果,建立了击顶弹道末制导段的弹目相对运动模型,提出了一种基于落角约束的偏置比例导引律,并研究了落角约束对导引律法向过载的影响,通过设计盲区控制方案减小了命中点法向过载,最后基于导引弹道仿真与传统比例导引律以及两种其它类型的改进比例导引律进行了仿真比较. 仿真结果表明,该偏置比例导引律控制落角能力较强,同时具有较高的命中精度.      

基于弹道形成的空基助推段反导拦截弹制导律设计

围绕空基助推段反导作战拦截弹制导问题,建立了空基动能拦截弹的时间最优控制模型。结合空基助推段反导作战任务的特殊性探讨了模型的边界条件和容许控制问题;提出了基于虚拟弧的拦截弹可行轨迹确定方法;进一步选取拦截弹飞行时间最小、拦截弹飞行距离最短和命中点拦截弹与目标弹道导弹的拦截角度最大为性能指标,给出了弹道形成制导律的计算方法;通过案例仿真验证了模型及算法的有效性。     

带落点和落角约束的最优末制导律研究

为了研究带有落角约束的最优末制导律,利用拉格朗日法,构造带有落点和落角约束的导弹运动方程,研究了制导系统中的动力学滞后对脱靶量和落角误差的影响. 指出高阶动力学滞后的时间常数是影响误差的主要因素,而系统阶数对误差收敛时间的影响较小. 研究结果表明,增加末导时间可以减小导弹的脱靶量和落角误差,并给出满足脱靶量和落角误差要求所需要的最少末导时间与时间常数的关系.     

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.      

限制导弹落角和落点的最优制导律

推导一种能命中目标并保证大落角的最优制导律,在目标函数中用罚函数代替终点限制条件,利用拉格朗日乘子法和欧拉方程推导出使目标函数极小化的条件,得出以导弹侧向位移,侧向速度两个状态以及导弹速度,剩余飞行时间表示的最公有制导律,并可转化为可用硬件实现的由目标视线角和目标视线角速度两个状态表示的最优制导律。     

基于Terminal滑模的动能拦截器末制导律研究

针对大气层外动能拦截器的精确拦截问题,给出了一种基于Terminal滑模的鲁棒末制导律设计方法。在不考虑动能拦截器姿态运动的情况下,建立了动能拦截器纵向平面和侧向平面内的相对运动方程,并通过在末制导滑模中引入非线性项,去除了传统变结构制导律中的切换项,保证制导系统具有全局快速性。仿真结果表明Terminal滑模应用于动能拦截器精确末制导律设计中的有效性,较之传统的比例导引和变结构制导方法,能有效抑制视线的发散,对目标机动具有更强的鲁棒性,并具有更高的拦截精度。     

考虑导引头视场角和落角约束的制导方法

针对空地武器采用最优弹道成型制导律进行大落角攻击时易造成导引头跟踪误差角大于其视场角而丢失目标的问题,提出一种满足导弹导引头视场角约束和落角约束的制导方法.基于线性化模型和小角假设,得到了导引头跟踪误差角的解析表达式,分析了影响导引头跟踪误差角的因素及最大跟踪误差角的取值范围.在此基础上,针对不同空地武器提出了通过改变末制导初始弹目视线角或放松落角约束的方式满足导引头视场角约束的制导方法,并给出了初始弹目视线角的取值原则及最大允许落角的计算方法.通过仿真校验,证明了导引头跟踪误差角的解析解的正确性及制导方法的可行性.      

包含弹体动力学的终端角约束弹道成型制导律

针对侵彻型导弹弹道终端对命中位置和入射角度提出严格约束的制导问题,引入弹体动力学环节,采用Schwartz不等式方法推导了最优制导律. 在小角假设基础上,将其表述为便于工程实现的包含弹体动力学的终端角约束弹道成型制导律. 分别利用Schwartz不等式和伴随函数法研究了制导律量纲一化制导指令解析解、位置脱靶量及角度偏差特性. 结果表明,该制导律不但能同时满足终端位置和角度约束,而且可确保终端过载指令归零,从而为侵彻型制导武器末端攻角控制提供了一种可行的制导策略.      

具有终端位置和角度约束的广义弹道成型制导律

针对导弹终端位置和角度约束制导问题,提出了基于剩余飞行时间控制权函数,采用Schwartz不等式推导了最优制导律,并在小角假设基础上将其表述为便于工程实现的广义弹道成型制导律.分别利用Schwartz不等式和伴随函数法研究了无动力学滞后系统的量纲一制导指令和一阶动力学滞后系统的量纲一位置与角度脱靶量特性.最后,给出了包含可用过载限制的制导阶次设计方法.结果表明,该最优制导律不但能同时满足终端位置和角度需求,而且通过设计合理的制导阶次可减小末端需用过载,间接控制终端攻角.