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.     

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。     

导弹积分反步制导控制一体化设计

制导控制一体化设计响应快、时延小,能充分考虑制导与控制间的耦合关系,但具有对象模型阶数高、鲁棒性差等特点.借用PI控制思想,将积分控制引入反步控制,设计基于积分反步方法的制导控制一体化算法,增强系统的抗干扰能力,实现对零视线角速率指令的高精度跟踪;通过构造高阶滑模微分器,观测反步控制中所需的视线角高阶微分信息,同时保证观测值对于真值的收敛速度和精度;设计基于浸入与不变的估计器估计目标机动信息,消除目标机动在拦截目标时对脱靶量的影响.仿真结果表明所设计的制导控制一体化算法可以实现导弹对目标的碰撞拦截,抑制目标机动带来的不利干扰,提高系统的鲁棒性.      

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。     

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。     

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.      

滑模干扰观测器的反机动目标末制导律设计

针对大气层外拦截器拦截机动目标的末段制导问题,提出基于滑模干扰观测器的滑模制导律设计方法。建立基于视线的拦截器-目标相对运动方程,采用滑模控制理论,设计使纵向平面和侧向平面内的视线角速率趋于零的制导律。通过超扭曲滑模干扰观测器,估计目标机动,从而补偿制导系统中的不确定项,并避免滑模切换控制的抖动问题。反机动目标末制导仿真结果表明,所研究的滑模制导方法具有满意的制导精度和鲁棒性。     

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。     

拦截高速目标的中制导次优弹道修正

针对临近空间飞行器的快速发展所带来的拦截高速目标作战需求,应用模型静态预测规划（model predictive static programming,MPSP）方法设计了一种中制导次优弹道修正算法.首先,通过分析中末制导交接班时刻拦截弹的最佳交接状态,得到了零控拦截条件,该条件由拦截弹和目标的速度比以及二者的速度前置角唯一确定;其次,针对不满足零控拦截条件的情形,分析了在引入比例导引作为末制导律前提下的捕获区,得到了拦截弹和目标速度前置角组成的平面内的捕获区基本构成,建立了中末制导交接班时刻拦截弹需要满足的捕获区约束;然后利用高斯伪谱法（Gauss pseudospectral method,GPM）得到了满足零控拦截条件的基准弹道,应用MPSP设计了考虑捕获区约束条件限制的弹道修正算法;最后,仿真结果验证了所提方法的合理性以及有效性.      

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.      

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.      

考虑导引头视场角的仿生分段复合制导律研究

由于可带载荷重量尺寸限制,微小型弹药会采用捷联式导引头.弹药末段攻击时,小的需用视场角可以确保对目标的有效跟踪和打击.自然界中,蜻蜓捕食果蝇的追踪策略与轨迹可以提供参考.基于蜻蜓追捕目标的追踪策略,提出分段制导律,即在追踪目标时初始段会快速调整弹药姿态进入尾追模式,并在追踪后半段使用运动伪装的追踪策略捕捉目标.初制导段利用滑模控制律对视差角进行控制,使弹药调整至尾追姿态,末制导段运用焦点位于无限远的运动伪装制导律进行目标跟踪,初制导段与末制导段间采取二阶平滑交接律进行过渡.仿生分段复合制导律仿真结果表明,与传统比例导引律相比,在末制导段中弹药的需用过载小,目标更接近视场中心位置,能够减小弹药在末制导段受机体的可用过载和导引头的视场限制,有效提高攻击精度.      

空空导弹ENDGAME段导引律研究

 针对空空导弹ENDGAME段,选择合适的导引律,对导弹能否精确打击目标至关重要。本文分析了比例导引律、微分对策导引律和变结构导引律3种不同导引律的设计思路,并引入直接力控制,针对不同攻击条件进行计算机仿真分析。仿真结果表明,在迎击条件下,变结构和微分对策导引律较比例导引律更优,对大机动、持续高速运动的目标,具有直接力控制的制导性能更好。     

水中弹药变结构垂直导引律及其仿真

以水中弹药对水面目标进行高效攻击为背景,提出了一种水中弹药垂直攻击目标的变结构导引方法,通过假设忽略目标的横滚与纵向的机动,假设目标在水平面内作匀速直线运动,同时假设弹体无横滚,建立了水中弹药运动学模型方程、动力学模型方程及变结构垂直导引与控制. 应用Matlab/Simulink软件搭建了数学仿真系统并对水中灵巧弹药变结构垂直导引进行了闭环系统仿真研究,结果表明,所提出的水中弹药变结构垂直导引攻击目标的设计方法能够适应垂直攻击目标的设计要求,与预期的指标要求吻合良好.     

攻击机动目标的最优导引规律

建立了导弹一目标攻击简化数学模型，提出一种随机最优导引规律；运用卡尔曼滤波理论，引进了机动目标加速度和量测系统的不确定性；通过数字仿真，分别和传统比例导引规律、扩展比例导引规律相比较，表明了该规律的最优性。     

毫米波制导攻击型无人机攻击机动目标制导律研究

对于攻击机动目标的攻击型无人机而言，其攻击精度受目标机动性的直接影响。为了提高攻击型无人机毫米波末制导系统的制导精度，在目标机动加速度模型的基础上，利用毫米波主动雷达导引头测得的无人机与目标相对距离和相对速度信息，研究了目标机动加速度的估计算法，并根据最小能量控制的指标提出了一种具有较强工程可实现性的攻击机动目标的最优制导律。仿真结果证明了该导引规律具有优良的特性。     

简易控制超音速火箭靶弹方案最优制导律设计

针对简易控制超音速火箭靶弹方案供靶弹道设计问题,提出了一种基于粒子群方法和Gauss伪谱法相结合的火箭靶弹供靶最优制导律设计方法. 该方法首先在爬升-拉平段,利用粒子群方法优化得出火箭靶弹在拉平段具有最大动能的最优射角和爬升段最优起控时间,然后利用Gauss伪谱法设计得出平飞供靶段最优控制律. 仿真结果表明,该方法能够快速获得最优方案供靶弹道和方案制导律,并且可以较好地满足供靶指标,为火箭靶弹供靶弹道设计提供参考.      

考虑一阶驾驶仪动力学的角度控制最优制导律

为研究考虑驾驶仪动力学的最优制导律,构造了引入一阶驾驶仪动力学的导弹运动方程. 基于带终端状态约束的最优控制问题,将传统的目标权函数扩展为导弹剩余飞行时间负n次幂的形式,推导得到考虑一阶驾驶仪动力学的最优制导律通用表达式. 通过将目标函数的终端状态权系数选为无穷大,化简得到考虑一阶驾驶仪动力学的角度控制最优制导律OIACGL-1,并讨论了OIACGL-1的两种简化形式. 引入落角约束和初始方向误差,分析了OIACGL-1系统的归一化加速度特性;分析指出,OIACGL-1系统在n≥0时的终端加速度指令严格为0,对应的终端加速度响应近似为0.