飞行器导引律综述

对飞行器追踪拦截导引律方法、特点及其发展进行了研究与总结,包括比例导引律、最优导引律、微分对策导引律以及基于现代控制理论设计的导引律,可为今后飞行器导引律的改进和设计提供参考。     

一种交班时刻性能最优的中制导律设计与仿真

在最优预测中制导律的基础上,提出预测交班点的概念,设计一种使导弹在中末制导交班时刻性能最优的中制导律.新的中制导律保证在中末制导交班点处,导弹中制导段末速度最大,导弹与目标的相对几何关系达到最佳.这样在末制导开始时刻,导弹的初始条件处于最优状态,有利于提高导弹在末制导段的拦截能力,减小脱靶量,提高拦截精度.数字仿真的结果表明,所提出的中制导律能够达到的设计要求的性能指标,与最优预测中制导律相比较,在交班段航向误差较小,能够有效地减小最终的脱靶量,提高制导精度.     

三维导弹拦截的非线性自适应导引律

在三维空间中,根据导弹与目标的运动学关系,建立了导弹拦截的三维模型,分别针对目标非机动和机动的情形,充分利用已经测得的信息,采用自适应方法建立了一种新的非线性导引律,并且运用Barbalat引理以及Lyapunov方法严格证明了导引律的正确性,它能够保证拦截全局一致有界。和已有的控制律相比,该导引律具有设计简单,控制光滑,容易实现的特点,避免了使用变结构控制时所导致的自激震荡。仿真结果验证了控制律的有效性。     

自组(织)涌现律之研究

自组(织)涌现律是在总结现代科学最新成就的基础上,对辩证唯物主义的发展。自组涌现律在总体上描述了世界系统的创生、演化和发展的态势。自组(织)涌现律认为,我们的世界系统是一个不断创新的系统。我们的世界系统是一个不断向相邻可能性演化的过程,任何一个演化阶段都不可能跨越其相邻可能性空间而发展。我们的世界系统的相邻可能性空间在不断地增大,而我们现实的世界只是无限的相邻可能性空间的部分实现。     

关于Zipf律的一点注记

为了弄清Zipf律是否如有些学者所说的那样只是一种普通的统计规律，采用数值模拟方法，对服从不同分布随机数的大小和其位序之间的关系在双对数坐标系上分别作了回归分析。结果显示：服从幂律分布的随机数在该坐标系上呈现出显著的线性特征，而服从其它分布的随机数则均显示出显著的非线性特征，从而进一步证实了Zipf律与幂律分布的统计等价性，它所描述的是一种特殊的统计现象。     

新型变结构控制律在导弹姿态控制系统中的应用

在对变结构控制理论研究的基础上，首先介绍了一种新型的变结构控制律的设计方法，该控制律在设计中引入了相平面中的状态轨迹与滑动平面的夹角，兼具连续控制律与非连续控制律的优点。本文中对该变结构控制方法进行了改进，扩展了其应用范围。最后将其应用于导弹姿态控制系统中的设计中，取得了良好的效果。     

一种对噪声干扰鲁棒的模糊末制导律设计与仿真

提出一种对测量噪声干扰鲁棒的模糊末制导律。进行模糊末制导律设计时,在分析导弹和来袭目标运动特性的基础上,根据最优制导律设计专家经验和测量噪声的干扰特性建立模糊规则。数字仿真结果表明所提出的末制导方法与传统比例导引方法比较,在测量噪声干扰和测量数据不精确的情况下,具有弹道更平直、拦截时间更短,对噪声干扰鲁棒的优点。模糊末制导律算法简单可行易于实时实现。     

VSCMG簇的操纵律优化设计

变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyro,VSCMG)簇相对于单框架控制力矩陀螺簇仅增加了飞轮转速可调自由度,实现难度不大,但能够缓解奇异问题。基于线性代数理论,从机理上分析了已有的添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避VSCMG簇内所有奇异点。针对添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避奇异点的问题,采用优化方法,设计出一种新型的VSCMG簇操纵律,能够规避采用传统添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避的奇异点。最后搭建整个航天器姿态控制系统,仿真验证了所设计的新型操纵律奇异规避的有效性。     

具有终端约束的模糊导引律设计

本文研究了有终端约束的拦截任意机动目标的模糊导引律设计问题。应用模糊Ｔ－Ｓ线性模型,来逼近拦截几何的非线性模型,从线性系统的角度,利用ＲＨ控制方法和伴随技术,得到了一种新的鲁棒模糊导引律。这种方法能够以一个模糊Ｔ－Ｓ线性模型,来处理目标一定范围内的机动,而通过一系列模型的在线切换,来处理目标大范围内的机动。这种导引律具有快速、简便的特点和宽的初始阵位适用范围。仿真结果表明,这种导引律能够拦截任意机动的目标,获得较高的命中精度。     

基于视觉的多无人机协同目标跟踪控制律设计

针对基于视觉的多无人机协同目标跟踪控制律设计问题,对无人机协同控制策略进行了研究。分别提出了两架及多架无人机协同速度控制律,使无人机能够动态调整速度,以较低速度跟踪目标。针对多架无人机提出了一种最小化各无人机到目标夹角误差平方和的夹角误差定义方法,提高了无人机协同效率。仿真实验验证了本文提出的夹角误差定义方法和协同控制律的有效性。     

时间最优的飞机追踪导引律研究

阐述了现代战机导引系统的功能、结构与工作方式。对追踪导引建模之后,假设目标机动轨迹可知,应用最优控制理论,通过巧妙的数学推导和数值计算,研究了追踪时间最优的导引律。针对具体工程实现时理论设计求解中数值计算误差的客观存在,又应用预测控制分段计算、滚动优化的思想,对最优导引律作了进一步改进,获得了更为可行实用的优化导引律。仿真研究表明,所设计的优化导引律较各种比例导引律性能更优,捕获目标的时间更短,消耗的能量更少,并能成功应用于载机导引,为新一代战机导引系统的研制与引进飞机的国产化提供了理论参考。     

一种打击地面固定目标的自适应比例导引律

针对某些制导导弹垂直打击地面固定目标的任务要求,研究了具有末端落角约束且无需测距信息的自适应比例导引律.通过分析导弹在导引段的纵向平面运动方程和侧向平面运动方程的特点,设计了实现垂直打击任务的制导逻辑.同时为了增强导引律的鲁棒性,提出了一种导引系数自适应更新的方案.仿真结果表明,与最优导引律相比,自适应比例导引律的制导精度受初始速度倾角、制导指令时延、制导指令更新频率等因素的影响较小,但受测量信号干扰的影响较大.     

空空导弹高抛弹道复合制导律研究

为了提高中近程空空导弹的有效射程,针对导弹特点,提出高抛弹道复合制导律。该制导律在初制导中加入纵向预置抛射角以提高导弹弹道,中制导以修正最优比例导引对弹道倾角进行修正,使得导弹各项指标满足末制导比例导引的交班需求。经多种典型弹道仿真研究,该制导律能够有效增加导弹射程并完成多种机动目标的攻击。该制导律算法简单可行,可用于中近程空空导弹技术升级。     

具有末端角约束的鲁棒制导律设计

针对某些导弹要求限制命中点角度的作战要求,设计了具有末端角度约束的制导律。将系统结构摄动和目标加速度视为外部干扰量,基于Lyapunov稳定性理论推导了一种满足L2增益指标的鲁棒制导律。仿真表明,当目标以较大加速度机动时仍然能满足末端角度和精度的要求,并且不需要任何目标运动信息,对目标机动有较好的鲁棒性。     

一种新的基于模糊趋近律的滑模控制方法

针对一类具有不确定性的非线性系统，提出了一种模糊趋近律滑模型控制策略，将模糊逻辑控制与趋近律相结合，推导出模糊趋近律，该设计方法简单，控制算法容易实现，仿真结果表明，本文提出的方法不仅保留了滑模控制系统所具有的较强的鲁棒性优点，又使控制系统滑动模态的品质得到保证和改善，同时消除了系统的高频颤动。     

基于滑模变结构制导律的捕获区分析

针对拦截弹的中末制导交接班条件设置问题, 分析了以滑模变结构制导律为末制导律的捕获区。首先, 结合临近空间作战背景建立末制导段弹目相对运动模型。其次, 基于滑模变结构控制理论设计了一种能够保证拦截末端过载收敛且性能优良的滑模变结构制导律作为末制导律, 并对其稳定性进行分析。然后, 分析了零控拦截条件并对滑模变结构制导律的捕获区进行理论推导、分析与证明, 得到了滑模变结构制导律的捕获区边界。最后, 通过设计4种情形下的仿真实验, 验证了本文捕获区分析的正确性。     

对涨落有序律的辩证理解

涨落有序律是一个具有普遍指导意义的理论工具，正日益广泛地应用于指导社会实践活动。阐述了对该理论的辩证理解，以便更好地发挥其指导作用。     

一种随机滑模变结构制导律的设计

针对导弹在目标拦截过程中的特点,考虑到系统的状态噪声和观测噪声等随机因素的影响,以随机滑模变结构控制理论为基础,设计了一种随机滑模变结构制导律.此制导律考虑导弹在目标拦截过程中滤波器和控制器的相互联系,综合了最优制导律视线角速度收敛和滑模变结构制导律鲁棒性强的优点,通过理论分析证明闭环系统在随机意义下的滑模次可达性.最后通过仿真验证了设计方法的正确性.     

大气层外主动防御三维自适应滑模制导律

针对提高弹道导弹中段突防成功概率问题,提出了主动防御滑模自适应制导律。首先,推导出目标、拦截导弹和防御导弹的三维相对运动方程。其次,基于三角拦截制导策略,利用Lyapunov稳定性理论设计了主动防御滑模自适应制导律(active defense adaptive sliding mode guidance law,AD-ASMG)。该制导律能同时达到两个制导目标:防御导弹处在目标和拦截导弹视线上,保持三点共线;零化防御导弹对拦截导弹的视线转率。最后,针对开关式轨控发动机推力大小不可调节的问题,考虑了发动机动态特性,设计了精确的脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制方法,获得可变的等效力,适应制导指令变化的要求。六自由度仿真结果表明了该制导律的有效性。     

拦截主动防御目标的微分对策制导律

针对目标可以对攻击弹进行主动防御的交战场景, 提出了一种拦截主动防御目标的微分对策制导律。首先, 建立了攻击弹、目标和防御弹的相对运动模型, 并在碰撞三角形附近进行了线性化。然后, 在防御弹采用某种已知的线性制导律的情形下, 把该作战场景中攻击弹与目标的对抗问题, 描述为一个含不等式约束的线性二次型微分对策问题。最后, 基于微分对策理论, 设计了攻击弹的制导控制策略, 可同时达到两个目标: 以某一特定的脱靶量避开防御弹; 对目标实现直接碰撞。仿真结果表明了该制导律的有效性。