由角噪声及目标闪烁引起的比例导引制导误差研究

研究了雷达导引头接收机中的角噪声(热噪声)以及目标闪烁对比例导引制导精度的影响.首先根据实际问题的物理意义建立比例导引制导系统模型.考虑到角噪声的带宽远远大于系统带宽,认为角噪声实质上是白噪声;认为低频目标闪烁近似于白噪声通过一阶惯性环节所得到的有色噪声.仿真结果证明,由角噪声以及目标闪烁引起的制导误差与导引头动力学特性和自动驾驶仪动力学特性密切相关;当制导时间较长时,由角噪声引起的脱靶量基本上与制导时间无关,采用频率捷变技术可以有效地降低目标闪烁对制导误差的影响.     

两回路/三回路驾驶仪对闪烁背景下

针对闪烁噪声成为雷达末制导段主要随机误差之一,从控制系统设计的角度研究了闪烁背景下制导精度改进问题。建立了闪烁噪声作用下的制导控制模型,模型中引入了平台导引头动力学,研究了闪烁噪声对制导指令的影响;将控制系统设计指标选择为时域/频域混合的设计指标,选用开环穿越频率约束下极点配置方法完成了两回路/三回路过载驾驶仪的设计,研究了不同控制系统设计指标下的比例导引末制导脱靶量。研究表明,比例导引制导系统采用经典两回路过载驾驶仪时,通过适当增大开环穿越频率、适度减小系统阻尼,可以减小闪烁噪声造成的脱靶量;而当采用经典三回路过载驾驶仪时,则可以通过适当增大开环穿越频率、适当减小二阶阻尼或者增大一阶环节时间常数的方法来减小闪烁噪声下的脱靶量。     

基于L_1自适应的过载驾驶仪设计与全弹道仿真

本文针对便携式自寻的反坦克导弹进行了基于L_1自适应控制理论的导弹过载自动驾驶仪设计与全弹道仿真验证.首先建立了面向L_1自适应控制的便携式自寻的反坦克导弹动力学数学模型,然后基于L_1自适应控制理论和增益调度思想,针对动力学参数时变特性设计了导弹过载自动驾驶仪,并进行了响应性能仿真验证,最后在导弹飞行速度时变情况下设计了一种改进的弹道成型制导律,并将L_1自适应过载自动驾驶仪和弹道成型制导律结合在一起,进行了便携式自寻的反坦克导弹全弹道仿真.研究表明,本文设计的过载自动驾驶仪能够在导弹动力学参数快速时变且存在不确定性的情况下很好地响应过载指令,所提出的弹道成型制导律能使导弹以大落角近距离攻击目标顶部,且满足系统框架角、攻角、过载等约束条件.     

古典与现代寻的导弹制导比较的一种新观点

人们普遍认为现代制导系统可得到比古典比例导航系统更好的性能。然而,这种好的性能是要以元件改进或附加设备为代价的。本文从性能、耐用性和实现的难易三个方面对现代制导系统(MGS)和古典比例导航(PN)寻的导弹制导 系统作了比较。比较一阶脱靶量表明,如果元件允许误差范围能够得到满足,则MGS的脱靶量最小,但若元件允许误差或测量误差变大,则MGS的性能比PN降低得更快,当元件误差或测量误差大到一定程度以后PN比MGS有更小的脱靶量。     

最优控制拦截与微分对策拦截的导弹制导律比较

本文以脱靶量作为优化判据,用最优控制和微分对策论推导空对空导弹制导律。假设目标弹体/自动驾驶仪响应是理想的,导弹具有理想的和一阶的两种响应。就一阶导弹响应而言,在微分对策公式中,目标常造成非零的脱靶量。而对于所有其它考虑到的公式,具有能促成导弹无脱靶的状态。在这些情况中,可用一种辅助性能指标(即控制能量)去指定唯一的控制。本文用两个模拟方案估计制导律:一种是在靠近内发射界发射的导弹,另一种是在靠近外发射界发射的导弹。微分对策制导律比最优控制律对当时目标加速度估算误差不敏感。对于外发射界方案,用理想导弹响应的制导律较好;而对于内发射界方案,用一阶导弹响应的制导律能得到较小的脱靶量。     

天线罩和导引头隔离度对制导系统影响研究

针对相控阵雷达导引头的隔离度寄生回路问题,分析了天线罩和导引头隔离度产生的原因,建立了考虑天线罩和导引头隔离度的制导系统动力学模型,基于线性时不变系统稳定性判据和无量纲化法研究了天线罩和导引头隔离度共同作用对制导系统稳定工作域的影响。利用无量纲伴随函数法研究了天线罩误差斜率和导引头隔离度不同叠加情况对脱靶量收敛的影响。研究表明,单一研究天线罩或导引头隔离度所得结论对导弹制导系统设计缺乏实际指导意义,制导系统稳定工作区域受到天线罩和导引头隔离度共同作用的影响,二者的叠加情况不同,对制导系统的稳定工作区域和脱靶量收敛的影响不同。正反馈叠加将严重影响脱靶量收敛和制导系统稳定性,应尽量避免。     

基于速度预测的防空导弹中制导末段协同弹道规划方法

针对防空导弹中制导末段协同探测时间、空间、速度和角度的一致性弹道规划问题，提出一种基于速度预测的协同弹道规划方法。考虑攻角、弹道、气动间的相互耦合和拦截弹被动减速特性，借助半解析预测方法精准预报速度变化，将需用过载转化为升力系数约束，减少需处理的约束数量；在此基础上，通过弹道整形变量将多弹协同规划问题转化为非线性优化问题，解析生成参考轨迹，预报需用/可用过载；综合改进粒子群优化算法，采用自适应惯性权重和无效粒子再利用策略，提高粒子利用率的同时提升种群脱离局部最优解的概率，克服飞行散布和弹道偏差，快速规划满足终端时、空、角一致性约束的中制导协同弹道。数学仿真验证了中制导末段多约束协同弹道规划算法的有效性。     

考虑自动驾驶仪动态特性的多约束中制导律

针对多约束条件下的中末制导交班问题,提出一种考虑自动驾驶仪动态特性的滑模中制导律。首先,建立了考虑自动驾驶仪一阶动态特性的弹目运动模型,根据该模型设计非奇异终端滑模面,并采用自适应滑模趋近律设计有限时间收敛的中制导律。其次,采用扩张状态观测器估计目标机动信息,并将估计值应用于非奇异滑模中制导律中。最后,基于有限时间理论分析了中制导律的有限时间收敛特性。数值仿真结果验证了所提中制导律的鲁棒性强,引起的交班误差小。     

指令制导导弹脱靶量的分析

本文给出了一种估计综合比例导航指令制导导弹系统最小可能脱靶量的简洁的理论技术。分析表明系统参数值对系统能力的影响是拦截距离的函数。系统的设计和分析人员可以利用这项技术对系统的性能进行定量分析,对指令制导系统在各个拦截距离上的性能限制有一个系统的理解。本文根据伴随理论推导出由目标机动、伺服、闪烁、大气以及取决于距离的指令制导系统噪声所引起的统计脱靶量的新解析式。本文引出了一个最佳的系统总时间常数,在这种情况下可以获得最小的统计脱靶量。本文还考虑了可实现的最小系统时间常数的实际限制。为最佳系统总时间常数所推导出的一系列公式对于系统设计人员尽量减小各种系统参数和限制以及拦截条件下的脱靶量是很有价值的。     

距离速度跟踪在矢量脱靶量测量中的应用

提出了一种基于距离速度跟踪的空间目标运动轨迹提取的矢量脱靶量参数估计新方法。该方法利用发射距离高分辨信号获得较为精确的瞬时距离信息和径向速度信息,通过建立目标运动模型,采用距离速度目标跟踪定位的扩展卡尔曼滤波算法,获得目标运动的精确轨迹,利用跟踪得到的空间位置点,通过对一组线性方程求解得到矢量脱靶量参数的估计。仿真结果表明该方法可以得到满意的脱靶量估计结果。     

考虑自动驾驶仪动态特性与攻击角约束的模糊自适应动态面末制导律

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末制导段,考虑自动驾驶仪二阶动态特性与攻击角约束,基于模糊自适应逼近与动态面控制提出一种末制导律。构建二维弹目相对运动模型,运用扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角的跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端动态面滑模,设计模糊自适应系统逼近变结构项,削弱自动驾驶仪的控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了闭环系统中视线角的跟踪误差与视线角速率均一致最终有界。仿真实验表明:该制导律使制导炮弹在打击具有不同加速度形式的目标时,均具备较好的末制导性能。     

An impact angle constraint integral sliding mode guidance law for maneuvering targets interception

An integral sliding mode guidance law(ISMGL)combined with the advantages of the integral sliding mode control(SMC)method is designed to address maneuvering target interception problems with impact angle constraints.The relative motion equation of the missile and the target considering the impact angle constraint is established in the longitudinal plane,and an integral sliding mode surface is constructed.The proposed guidance law resolves the existence of a steady-state error problem in the traditional SMC.Such a guidance law ensures that the missile hits the target with an ideal impact angle in finite time and the missile is kept highly robust throughout the interception process.By adopting the dynamic surface control method,the ISMGL is designed considering the impact angle constraints and the autopilot dynamic characteristics.According to the Lyapunov stability theorem,all states of the closed-loop system are finally proven to be uniformly bounded.Simulation results are compared with the general sliding mode guidance law and the trajectory shaping guidance law,and the findings verify the effectiveness and superiority of the ISMGL.     

弹目相对状态测量误差对拦截效果的影响分析

针对拦截弹中末交班过程中弹目相对状态测量误差引起的脱靶量变化问题, 在视线旋转坐标系下推导了弹目相对运动方程并进行解耦分析, 基于协方差转换法、连续离散混合系统的协方差描述函数法推导得到了弹目相对状态测量误差在末段传播的解析解及脱靶量均值、方差的计算方法。仿真解析计算与蒙特卡罗法计算结果一致, 并通过解析计算得到拦截弹相对状态测量误差与脱靶量的对应关系以及为实现拦截可允许的相对状态测量误差集。同时，仿真结果可为拦截弹中末交班信息测控精度、加速度饱和限制设计等工作提供技术参考。     

弹载SAR末制导段轨迹控制算法

针对机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)制导空地导弹的末制导过程,导弹的运动状态如何同时满足成像分辨率和脱靶量要求的问题,提出一种新的轨迹控制算法。通过分析SAR末制导过程,以及弹目空间几何与成像分辨率的关系,将成像分辨率要求转化为对导弹前置角的约束,将脱靶量要求转化为对导弹目标线角速度的约束。基于逆最优控制,建立含有待定系数的性能指标函数,并根据给定的系统动态性能指标确定该系数,从而得到具有时变权值系数的最优控制量,通过权值系数的调节作用以满足不同制导模式的指标要求。仿真实验证明了该算法的有效性。     

一种适用于红外制导弹药的偏置比例导引律

针对弹道成型制导律不适用于红外制导弹药的落角约束,提出了一种无需剩余飞行时间信息的偏置比例导引律。根据建立的弹目相对运动几何模型和碰撞三角形,推导出了期望落角与需用偏置积分量之间的函数关系;求出了偏置比例导引无量纲弹道闭环解与稳定域,并分析了不同因素对偏置比例导引律制导性能的影响;最后对比研究了偏置比例导引制导律与弹道成型的性能。仿真结果表明,偏置比例导引律在落角精度、制导精度与最大需用过载这些关键制导性能指标方面接近于弹道成型制导律,适用于红外制导弹药对地面运动装甲目标的落角约束问题。     

A trajectory shaping guidance law with field-of-view angle constraint and terminal limits

In this paper, a trajectory shaping guidance law, which considers constraints of field-of-view (FOV) angle, impact angle, and terminal lateral acceleration, is ...     

大落角机动目标逆轨拦截最优滑模制导律设计

针对阵地防空中大落角机动目标较难拦截的问题, 首先采用最优控制理论设计了具有攻击角约束的最优制导律, 为提高最优制导律的鲁棒性，结合变结构控制理论设计了带攻击角约束的最优滑模制导律。考虑到目标弹道倾角通常难以测量的问题, 采用扩张状态观测器对目标弹道倾角进行估计。基于李雅普诺夫稳定性理论对最优滑模制导律进行稳定性分析, 设计了能保证系统稳定的参数变化函数。仿真结果表明, 最优滑模制导律能以期望的攻击角和较小的脱靶量命中目标, 制导过程中指令变化较为平稳, 对目标的加速度机动具有较强的鲁棒性。     

利用导引头信息测量脱靶量的方法

为了满足瞄准式战斗部定位攻击的需要,根据防空导弹逆轨拦截遭遇段只要存在脱靶量就存在视线角速度的特点,分析了导引头视线角、视线角速度、弹目相对速度、径向速度之间的几何关系,提出了采用导引头产生的视线角、视线角速度及多普勒频率来测量脱靶量的方法,解决了利用导引头距离信息测量脱靶量时误差较大的问题。对算法中需要的参数可测性进行了分析,通过导引头能否提供视线角速度信息两种情况下的仿真,验证了所提算法的正确性及实用性。