基于准平衡滑翔的解析再入制导方法

针对高超声速滑翔飞行器再入制导问题,提出了一种基于准平衡滑翔的解析制导方法。在纵向基于准平衡滑翔条件建立再入航程与能量、倾侧角的解析关系,得到了倾侧角解析解,并通过高度变化率反馈使轨迹平滑;针对终端高度约束,在准平衡滑翔条件下得到常值航迹角假设,从而建立终端高度与再入航程、航迹角的解析关系,得到了航迹角指令,并通过设计反馈控制律得到攻角解析解。对于过程约束,提出了一种基于航迹角指令的在线约束控制方法。侧向制导采用航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果表明,该制导方法计算速度快、制导精度高、扰动条件下鲁棒性较强。     

再入飞行器禁飞区规避近似解析制导方法

针对再入飞行器的禁飞区规避问题,提出了一种基于近似解析解的禁飞区规避制导方法。所设计的制导方法,在对飞行器转弯能力分析的基础上,结合Dubins曲线的路径规划方法,求解规避需用倾侧角的近似解析解,生成禁飞区规避指令;然后为修正规避引起的航程及高度误差,通过基于能量的运动模型,进行航程及高度的解析预测-校正制导;最终实现禁飞区的规避并满足高度和航程的约束。仿真结果表明,该制导方法能够有效实现飞行器的禁飞区规避,满足再入终端约束,计算效率高。     

带终端高度约束的再入预测校正制导

针对高超声速飞行器再入制导问题,提出了一种基于倾侧角剖面并能严格约束终端高度的预测校正制导方法。首先分析了倾侧角剖面对终端航程、高度的影响,指出终端航程与高度可能存在的不匹配问题。针对传统算法仅能保证终端航程、能量约束的问题,设计了一种分段线性倾侧角剖面。通过合理地设计倾侧角剖面初始、终端值保证了高度约束,并以航程误差预测校正倾侧角剖面保证航程约束。侧向制导通过航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果验证了该算法对于解决终端航程与高度约束不匹配问题的有效性。     

扩展弹道成型末制导律特性分析与应用研究

基于剩余飞行时间的指数函数构建了扩展的权函数和目标函数,引入常值机动目标,利用最优控制理论,扩展得到最优弹道成型制导律簇。针对无制导动力学滞后的制导系统,利用施瓦茨不等式,求解得到了在初始位置误差、方向误差、目标常值机动及终端落角约束作用下的制导律加速度指令解析解。分析指出,当罚函数中剩余飞行时间的指数大于0时,加速度指令在弹道末端趋近于0.利用无量纲化方法和伴随法,研究了含有一阶动力学滞后的制导系统在初始方向误差和终端落角约束作用下的无量纲位置和角度脱靶量特性。结果表明:当末导时间为制导系统动力学滞后时间常数的15倍左右时,落角约束、初始方向误差引起的位置和角度脱靶量均趋近于0;且初始方向误差角和终端落角方向相反时的位置和角度脱靶量要小于二者同号时的情况。     

基于纵程解析解的飞行器智能横程机动再入协同制导

针对高超声速飞行器协同饱和打击需求,提出一种基于深度Q-学习网络(DQN)算法的深度强化学习横程机动再入协同制导方法。解耦设计高超声速飞行器横纵制导方法,基于高精度的纵程解析解,解析计算纵向升阻比得到倾侧角模值。抽象横向制导倾侧反转逻辑为马尔可夫决策问题,引入强化学习思想,设计一种基于DQN算法的横向智能机动决策器,构建智能体离线学习-在 线调用模式,计算倾侧角剖面的符号变化。以典型高超声速飞行器CAV-H为对象,基于数学分析MATLAB平台通过弹道仿真对该制导方法进行验证。仿真结果表明：新制导方法制导精度高,任务适应性强,可以在线使用,能够严格满足飞行时间约束和能量管理需求;相比于基于三维解析解的再入协同制导方法,新制导方法可以更大程度发挥飞行器的横向机动能力,具备更高的突防潜力。     

一种基于解析规划的多约束再入制导算法

提出了一种基于H-V剖面的亚轨道飞行器再入制导方法。将再入轨迹分为初始下降段和过渡段分别进行规划,初始下降段采用常值倾侧角飞行,过渡段则采用四次解析多项式进行描述,满足再入走廊约束和能量管理(TAEM)初始条件的同时提高再入轨迹在线规划速度;通过反馈线性化方法设计自适应控制律跟踪标准剖面,同时根据航向误差走廊确定滚转方向,从而完成纵向和侧向的联合设计。仿真结果表明,该制导方法对初始状态偏差和参数不确定性具有较强的鲁棒性。     

多约束条件下制导系数可变的最优制导律研究

针对大落角攻击要求,分析了终端落角约束制导律的解析解和脱靶量特性,提出了满足命中位置、落角、需用过载及目标跟踪要求的落角约束值装定设计方法;给出了终端落角约束制导律的推导过程,基于解析解分析了制导律的指令特性及飞行器速度、位置变化规律,并进行了仿真验证;利用伴随法分析了无量纲位置、角度脱靶量特性,确定了制导律收敛时间为至少15倍制导动力学时间;分析了制导律角度权系数变化对终端落角的影响,给出了装定落角约束值与精确落角约束之间的转换设计方法,并通过仿真验证了装定设计方法的正确性。     

扩展的多约束最优制导律及其特性研究

为满足侵彻攻击空地导弹末端制导要求,解决当前多约束制导律终端攻角控制问题,设计了包含受剩余飞行时间决定的控制量权函数,并引入到最优问题的目标函数中,基于线性二次最优控制理论推导得到一种扩展的多约束最优制导律。利用指令随时间变化解析表达式及伴随系数法,对制导律加速度指令变化规律及无量纲脱靶量特性进行了研究,证明了制导律指令的收敛性,从而为终端攻角控制创造了有利条件。同时,讨论了制导律增益n的设计原则。结合工程应用的需要,分别提出了一种制导初始条件设计方法及最大需用加速度的估计方法,可有效减小导弹末端机动。通过仿真验证了制导律及分析结论的有效性。     

一种导弹终端侵彻多约束最优制导方法

针对地面目标精确打击及高效毁伤的需求,提出一种满足终端位置、落角及攻角约束的最优制导方法。利用比例导引项、落角约束项及加速度约束项保证终端命中多种约束条件,并且设计制导阶次实现全程加速度指令的优化分配,保证命中目标时的加速度指令收敛为小量。通过仿真计算验证了该制导方法能够满足精度、落角及攻角等终端约束条件,同时具有更好的加速度指令特性,有利于增强导弹的精确毁伤能力。     

再入飞行器平飞段多约束制导方法

以再入飞行器为背景,研究了可满足终端经纬度、高度及速度约束的平飞制导方法。在纵向及侧向2个通道内分别引入需要过载作为中间控制量,以简化运动方程及制导律设计; 针对运动方程的非线性特征,利用反馈线性化方法分别推导了可实现等高飞行并消除航向偏差的过载指令; 利用射程微分及速度微分解析预测终端速度,根据剩余速度添加侧向机动以实现减速控制; 最后将需要过载转化为姿态角指令以完成制导任务。CAV-H飞行器制导实例仿真表明,该方法能够实现等高飞行并高精度地满足终端约束,对初始偏差具有较强的鲁棒性,并能完成多样化的制导任务。     

通用高速飞行器预测校正再入制导方法研究

给出一种适合通用高速飞行器（CAV）的预测校正再入制导方法。首先基于再入高速飞行器三自由度运动模型,研究了再入过程中CAV受到的过程约束。基于准平衡滑翔条件给出了在指定倾侧角下的参考航程的计算方法,并指出当飞行器的初始航程超过参考航程时,可以使用本文给出的方法有效抑制飞行器轨迹在高度上的振荡。为了提高制导精度,不仅给出了精确计算当前倾侧角的方法,也给出了粗略调整终端倾侧角方法。最后仿真验证了制导方法的有效性。     

基于准平衡滑翔的再入轨迹解析规划方法

针对禁飞区等多约束条件下的再入轨迹规划问题,提出了一种基于准平衡滑翔的再入轨迹规划解析方法。纵向剖面规划中,基于准平衡滑翔条件,以航程为自变量构建了相关弹道参数(如高度、速度、阻力加速度、攻角和倾侧角等)的解析表达式,建立了高度-航程空间内的多约束飞行走廊。横向剖面规划中,采用一种基于横、纵程多次函数的解析规划方法,有效解决了对禁飞区的规避问题。上述算法将复杂的多约束再入轨迹规划问题转化为简单的解析求解,极大提高了轨迹规划速度和可靠性。基于CAV-H的仿真算例表明,提出的轨迹规划算法运行速度快,规划结果平滑,精度高,逻辑简单且易于工程实现。     

基于H-V规划的多约束再入滑翔制导方法

针对助推-滑翔超高速飞行器再入滑翔段轨迹设计问题,考虑热流密度、动压、过载、准平衡滑翔等多种约束的前提下,生成再入走廊。在给定滑翔段初始速度及末端速度和高度的前提下,设计了一种由滑翔段初始高度唯一确定的滑翔段H-V轨迹,基于反馈线性化推导得到实现此轨迹的侧倾角指令。同时,考虑满足再入走廊约束和侧倾角不出现奇异的要求,采用逐步计算的方法获得滑翔段初始高度的可行域,并将其作为再入初始段轨迹设计的终端约束。通过初始段设计得到某一确定可行的滑翔段初始高度,进而得到滑翔段的确定H-V轨迹和侧倾角指令。仿真结果表明,再入滑翔段H-V轨迹制导方法,既能够满足多种过程约束,又能避免侧倾角奇异的现象,实现参考轨迹快速生成与精确跟踪。     

一种基于能量跟踪的强鲁棒性再入制导方法

给出一种基于能量跟踪的再入制导方法,用射程能力最低的偏差状态组合工况进行标称轨迹设计,用攻角跟踪能量,倾侧角跟踪高度和横程,对标称轨迹进行跟踪,通过能量耗散满足中、末制导的交接班要求。仿真测试表明,在极限偏差条件下,算法满足制导终端约束和过程约束,是一种适用于实际工程应用的强鲁棒性制导方法。     

基于拟平衡滑翔的再入轨迹快速规划方法

针对高超声速飞行器多约束条件下的再入轨迹规划问题,提出了一种基于拟平衡滑翔条件的三维再入轨迹快速规划方法;该方法充分利用滑翔式高超声速飞行器的再入飞行过程中的拟平衡滑翔条件,将过程约束转化为对倾侧角的约束;纵向轨迹规划采用直接规划倾侧角的方法,在倾侧角约束空间中利用内插的方法得到倾侧角剖面;侧向规划采用横程约束走廊确定倾侧角的反转时刻;最后,对该轨迹规划方法进行了算例分析,结果表明：该轨迹规划方法能够在满足各种过程约束和终端约束的情况下快速完成再入轨迹规划。     

考虑导弹速度变化的攻击时间和攻击角度控制滑模制导律

为了解决导弹速度变化时对攻击时间和攻击角度的控制问题,提出了一种基于成型理论和非奇异终端滑模理论的攻击时间和攻击角度控制制导律,并证明了该制导律的Lyapunov稳定性。以弹目相对运动关系为基础,将导弹速度变化的制导律问题转化为导弹速度恒定的制导律问题。利用成型理论构造视线角多项式,通过数值方法计算其系数,得到了满足攻击时间和攻击角度约束的理想视线角表达式。基于非奇异终端滑模理论设计了导弹法向加速度,使导弹实际视线角按照理想视线角变化,实现了攻击时间和攻击角度控制。不同条件下的数值仿真结果验证了所设计制导律的有效性。     

考虑速度时变的多约束攻击时间控制制导律

针对常规制导弹药的协同饱和攻击问题,提出了一种速度不可控情况下的考虑视场角约束的攻击时间控制制导律。根据制导弹药的简化动力学模型,通过数值方法求解满足比例导引弹道轨迹的速度常微分方程,得到时变速度下的剩余飞行时间估计。同时,在比例导引制导律的基础上,利用终端滑模控制技术设计了时变速度情况下考虑视场角约束的时间控制制导律,以保证导弹能够在满足视场角约束的条件下以期望的攻击时间命中目标。仿真结果表明,所提出的制导律在时变速度场景下能满足视场角约束,并且实现较高的时间控制精度和命中精度。     

多路径约束下的高超声速滑翔飞行器再入制导

高超声速滑翔飞行器在再入过程中除了需要满足热流、过载、动压过程约束外,还需要满足航路点以及禁飞区的路径约束。路径约束可以是发射前装订的,也可以是实际飞行中由导航卫星、预警雷达等在线探明的敌方防御区。针对再入过程中存在在线探明禁飞区的再入制导问题,设计了解析倾侧角剖面以满足再入轨迹航程约束,引入预测校正算法修正倾侧角剖面,并基于人工势场法设计了侧向制导方法以满足在线探测到突发威胁而形成的多路径约束。仿真结果验证了该算法能够有效解决存在突发威胁的多路径约束再入问题。     

卫星制导炸弹带落角约束最优末制导律设计

针对卫星制导炸弹高度测量误差较大的缺点,利用最优控制理论设计了一种带落角约束的最优末制导律。为满足快速解算的需求,基于遗传算法优化得到次最优末制导律,使制导炸弹以陡峭的弹道攻击目标,消除高度误差对制导精度的影响。仿真结果表明:炸弹着地时弹道倾角接近-90°,法向需用过载远小于可用过载,具有良好的毁伤效果,末制导律制导精度高,鲁棒性强。     

再入飞行器的终端角度约束制导律设计

在考虑飞行器命中目标时有落地速度和速度倾角的要求条件下,基于零化再入飞行器和目标视线角速率的思想,设计得到了一种适用于攻击地面固定目标的最优再入制导律.该方法利用最优控制理论的思想方法,不仅使飞行器命中目标时满足了终端角度约束的条件,而且保证了再入飞行器机动速度损失最小.该方法简单,易于理解,便于工程应用,数字仿真验证了所提出的制导律的正确性和有效性.