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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

具有碰撞角度约束的微分对策制导律

为改善拦截导弹战斗部毁伤威力,针对其碰撞角度约束问题进行了研究。采用终端投影变换进行系统降阶,并基于线性二次型性能指标,推导了一种考虑碰撞角度约束的微分对策制导律。对其制导增益、鞍点解的存在条件和理想拦截性能进行了研究。制导律的推导基于最坏目标机动情形,不受限于具体的目标机动形式,尤其适用于目标机动无法预测的拦截情形。非线性系统仿真表明当拦截导弹具有足够的机动性能时,即使目标机动或存在一定的指向误差,该制导律的脱靶量和碰撞角误差仍约为0。     

拦截机动目标的一种鲁棒末制导律设计

为拦截空间机动目标,将目标的机动加速度视为外界干扰,建立纵向平面内拦截器与目标间非线性相对运动的动力学模型;用反馈线性化与线性H∞理论相结合的方法,设计了一种新的鲁棒末制导律,并通过数字仿真结果验证了该末制导律的有效性。该末制导律对外界干扰具有较强的鲁棒性,既可在目标以多种形式机动逃逸时使拦截器能以特定速度直接撞击目标,还可使拦截过程中拦截器与目标的视线角速度保持在较小的数值范围。同时,文中的方法避免了应用非线性H∞理论求解Hamilton-Jacobi-Issacs偏微分不等式的烦琐,简化了求解过程。     

拦截机动目标的一种鲁棒末制导律设计

为拦截空间机动目标,将目标的机动加速度视为外界干扰,建立纵向平面内拦截器与目标间非线性相对运动的动力学模型;用反馈线性化与线性H∞理论相结合的方法,设计了一种新的鲁棒末制导律,并通过数字仿真结果验证了该末制导律的有效性。该末制导律对外界干扰具有较强的鲁棒性,既可在目标以多种形式机动逃逸时使拦截器能以特定速度直接撞击目标,还可使拦截过程中拦截器与目标的视线角速度保持在较小的数值范围。同时,文中的方法避免了应用非线性H∞理论求解Hamilton-Jacobi-Issacs偏微分不等式的繁琐,简化了求解过程。     

非奇异终端滑模导引律

针对拦截机动目标问题,提出了一种基于非奇异终端滑模技术的导引律.非奇异终端滑模面同时包含目标视线角速度和期望的目标视线角2种信息.通过引入非线性滑模面改善系统的收敛特性,可实现闭环系统状态的有限时间收敛,并可大幅度改善系统性能.目标视线角速度在有限时间内收敛到0,可以满足导弹对目标零脱靶量的要求;目标视线角在有限时间内到达期望值,可以保证导弹击中目标时的姿态.将目标加速度机动作为未知的有界扰动,利用变结构控制的不变性,使制导律对目标机动具有鲁棒性.该导引律形式简单,易于工程实现.对2种不同的目标机动进行仿真,结果表明该方法具有强的鲁棒性,可以保证较高的制导精度.     

三回路自动驾驶仪特点分析

对三回路自动驾驶仪的工作原理及特点进行了分析. 研究表明,这种驾驶仪的内回路是姿态驾驶仪,可以对静不稳定导弹进行稳定,闭环稳态传递系数不受气动参数变化的影响,驾驶仪输出对舵机零位误差不敏感,系统响应速度较带积分校正的过载驾驶仪快,且三回路驾驶仪比标准驾驶仪对噪声有较强的滤波能力.     

导弹滚转自动驾驶仪设计与仿真

基于 STT(侧滑转弯)控制方式的导弹在飞行过程中,滚转通道自动驾驶仪主要起到稳定弹体(使导弹滚转角为0°左右)、防止俯仰通道与偏航通道耦合的作用,滚转通道稳定能力的好坏直接决定了导弹制导控制的效果.本文中,设计了基于变结构控制理论的导弹滚转自动驾驶仪,针对变结构控制经常存在的抖振现象进行分析并去抖,取得了良好效果.最后与常规 PID控制方式的滚转稳定驾驶仪进行了对比分析     

速度追踪制导控制系统描述函数法设计

针对简易制导弹药制导控制系统中存在的非线性问题,采用描述函数法对含有3种非线性环节的速度矢量驾驶仪进行了设计.同时为了得出较好的设计结果,在描述函数方法的基础上结合非线性方程组的寻优程序,提出了一种非线性制导控制系统的设计新方法,并进行了仿真,验证了该方法的正确性.     

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.      

水下机器人的垂直平面导航控制器设计

用变结构控制理论，根据视线制导规律，推导了水下机器人在垂直平面内的变结构导航控制器．它有效地排除了非线性干扰，仿真结果令人满意     

导弹俯仰通道带有落角约束的制导与控制一体化设计

对导弹带有落角约束的制导与控制一体化进行了研究.首先建立了俯仰通道的制导控制一体化状态模型.然后利用特征结构配置方法,设计了制导与控制一体化状态反馈控制律.所设计的控制器一方面保证导弹打击精度,另一方面保证导弹进行垂直打击.最后,进行了导弹非线性数值仿真,验证了所提的制导控制一体化策略的有效性,从仿真结果上看,垂直打击精度是很高的.     

一类扩展的弹道成型制导律

以导弹剩余飞行时间的幂函数为基础构建扩展的目标罚函数,利用Schwartz不等式,推导得到扩展的带落点和落角约束的最优制导律簇,给出了两类衍生形式的扩展弹道成型制导律簇. 在终端落角约束下,针对罚函数的不同指数n、制导动力学阶数以及不同的导引头和驾驶动力学权状态,研究了第一类衍生形式弹道成型的量纲一加速度、位置、角度脱靶量特性. 研究结果表明,末导时间达到制导动力学滞后时间常数的15倍左右时,量纲一位置和角度脱靶量均收敛到0附近;指数n越大,位置和角度脱靶量振荡越厉害;动力学阶数越高,位置脱靶量振荡越厉害. 最后指出,提高导引头响应速度比提高驾驶仪响应速度能更有效地降低系统位置和角度脱靶量.      

BTT控制回路匹配性对制导脱靶量影响研究

针对BTT导弹俯仰及滚转通道驾驶仪不同速度匹配关系对制导回路脱靶量的影响问题,以BTT-90逻辑及比例导引律为基础,通过对控制回路的合理简化及对BTT指令转换和运动学关系的非线性建模,构建了体现BTT控制特性的比例导引制导原理模型. 以初始速度指向偏差及目标常值机动分别表征对静止及运动目标攻击条件,分析了在不同末导时间下俯仰-滚转通道快速性及其匹配关系对制导脱靶量的影响. 分析结果表明,BTT用于末制导时,俯仰与滚转驾驶仪之间相对更慢的回路决定了整个控制系统等效响应速度;制导回路脱靶量收敛至0的必要条件是末导时间大于10倍控制系统动力学时间常数;提高滚转回路响应速度并使之快于俯仰回路,是保证制导脱靶量的关键;在相同可用加速度和俯仰回路响应速度条件下,仅当滚转通道速度为俯仰的5倍时,BTT制导脱靶量才接近于STT.      

双控式电子送经装置的研究

在修正了对积极式送经装置功能要求的基础上，设计了双控式电子送经装置方案。将纱线、织物，准备工序和织机等四方面的参数输入计算机并模拟出一个满足织造工艺要求的织轴转速曲线，为该装置的研制奠定了坚实的基础。模拟运行结果，双控式电子送经机构能按照织造规律主动送出所需经纱，改变了现有机构的模索式送经，可有效地消除送经织疵，为数以万计的织机改造和新机设计提供了一条途径。     

双通道控制旋转导弹自动驾驶仪回路的数学变换及其耦合性分析

根据双通道控制旋转导弹的特点,通过旋转变换,将弹体坐标系下的自动驾驶仪回路变换到准弹体坐标系下,并比较了与倾斜稳定导弹标准自动驾驶仪的区别. 旋转变换后自动驾驶仪的弹体环节和舵机环节的模型均发生变化. 旋转导弹自动驾驶仪回路存在运动耦合、控制耦合以及加速度计不在质心时引起的耦合. 研究结果表明,在自动驾驶仪设计中需要进行解耦,以减小交连的影响.