一种带时间协同和角度约束的多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间从不同初始位置同时拦截机动目标的问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同制导律.首先,给出三维空间的导弹–目标相对运动方程并建立了考虑视线角约束的多弹协同制导模型.其次,对视线纵向及法向方向分别设计了相应的协同制导律.其中在视线方向基于多智能体有限时间一致性理论设计了协同制导律,保证各拦截弹能够同时击中目标;基于一种新型的固定时间非奇异终端滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各拦截弹的视线角能够在固定时间内收敛至期望值,实现空间上的协同;同时,构造了扩张状态观测器估计目标加速度.最后,对三枚导弹同时拦截同一机动目标的情况进行仿真对比,验证了本文所提出协同制导律的有效性.     

含攻击角约束的网络化弹药分布式模糊协同制导律

在舰炮网络化弹药打击近岸机动目标的末制导段,提出了一种考虑攻击角约束的有限时间分布式模糊协同制导律.构建网络化弹药–目标相对运动模型,设计扩张状态观测器估计目标的切向、法向加速度.在视线切向,为保证命中时刻在有限时间内趋于一致,采用积分滑模设计分布式有限时间协同制导律;在视线法向,为在有限时间内零化视线角误差、视线角速率并改善控制指令终端发散现象,采用非奇异终端滑模设计两阶段制导律.为削弱控制指令抖振、补偿干扰,设计模糊自适应系统,并通过Lyapunov理论证明了全系统状态的一致最终有界性与有限时间收敛性.仿真实验表明:该制导律使网络化弹药在打击机动形式不同的目标时,均具备较好的协同制导性能.     

基于变结构理论的中制导律设计方法研究

对于采用复合制导的空地导弹,中末制导交接班问题是影响命中概率的关键因素;针对这一问题,采用变结构理论设计中制导律;首先建立滑模面,保证滑模面上速度矢量与视线重合,且零化视线角速率,然后设计到达函数,使到达条件得到满足,可以保证交班时刻导弹可靠捕获目标,并为末制导提供最优初始条件;建立了导弹六自由度数学模型和目标捕获模型,进行全系统数字仿真,实验结果表明:在中末制导交接时刻,弹目视线与导弹速度矢量基本重合,误差为0.12°,视线角速度为-0.02°/ s,在±20°视场下满足捕获需求,并且为末制导提供最优初始条件;该方法可以满足中末制导交接班要求,具有较强鲁棒性,且中制导段弹道平滑,需用过载小.     

考虑攻击角度和视场角约束的自适应终端滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的末制导问题,基于有限时间滑模控制理论设计一种带有攻击角度和导弹视场角约束的制导律.首先,将导弹末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题,设计一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数,给出一种终端滑模制导律的设计方法,并针对目标机动的不确定性设计一种对目标机动上界的自适应估计;然后,通过稳定性理论证明制导系统的状态变量最终是有限时间收敛的,并且结合时变的障碍Lyapunov函数和滑模面的设计特性证明在末制导过程中视场角约束条件始终不会被违背,相比于现有的考虑视场角约束的制导律,该制导律不存在指令转换,能够加快制导系统收敛速率,增强制导系统的抗干扰能力;最后,通过仿真实验验证所提出制导方法的有效性.     

多弹分布式协同末制导时间一致性研究

针对多弹同时击中目标的任务,利用图论与一致性理论分析研究了网络拓扑跳变时的分布式协同制导问题.建立了节点状态连续而拓扑状态离散的混杂系统模型,以描述期望导引时间的动态特性;进而指出,当跳变网络结构满足一定条件时,加权平均一致算法能使导弹群期颦导引时间全局渐近收敛于各弹期望导引时间的加权平均,并得到收敛速度下限.针对具有3种跳变通信结构的三弹协同攻击的仿真结果,显示了协同末制导时间一致性策略的有效性.     

侧窗探测动能拦截器轨控有限时间收敛制导律

临近空间动能拦截器多采用侧窗探测,为保证探测视场稳定,需使姿态定向且保证视线角稳定,但轨控发动机捷联在弹体上,只能输出大小和方向恒定的力,姿态定向使纵向平面和侧向平面的控制力存在耦合.针对上述问题,设计有限时间收敛制导律和伪速率(Pseudo rate,PSR)脉冲调制器.首先,构建侧窗约束下的三维轨控制导交战模型;其次,设计适应于姿态定向和视线角约束的新型制导算法,并严格证明其有限时间收敛特性;再次,为克服PWPF (Pulse width pulse frequency)将连续控制量转化为数字量时存在的相位滞后问题,设计PSR脉冲调制器;最后,分析不同制导律、目标机动特性和开关机门限等因素对制导精度的影响.数字仿真表明,所设计的制导算法能够使视线角度和角速率有限时间收敛,保证探测视场的稳定,具有较高的制导精度,对目标的机动具有较强的鲁棒性.     

基于面向机动目标的协同攻击制导律

针对机动目标协同攻击问题，要求制导系统具备对目标的跟踪能力，基于固定时间收敛控制理论设计机动目标制导律，在此基础上，改进目标跟踪模型，将扩张状态观测器与扩张卡尔曼滤波结合，并且采用传感器一致性融合算法，实现了目标跟踪能够适应多变化有噪声的场景，估计精度和速度均显著提升。进一步介绍针对机动目标提出的制导律和固定时间收敛扩张状态观测器。最后利用仿真实验验证了所设计协同制导律的有效性。     

多导弹时间协同分布式导引律设计

为了实现多导弹协同攻击同一目标, 提出一种时间协同分布式导引律设计方法, 该方法对于无角度约束和有角度约束的情况均适用. 首先, 以各导弹子系统作为网络同构节点建立了多导弹时间协同制导模型, 该模型以各导弹剩余时间信息附加预定偏置量为输出; 然后, 以调整子系统间输出误差为目的, 设计了系统的分布式控制方案, 并结合一般协同控制系统的收敛性条件, 分析了导弹寻的导引的特殊性, 给出了保证多导弹时间协同的通信拓扑条件; 最后, 通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律

针对机动目标拦截末制导问题,提出一种考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律.首先给出一种有限时间收敛的非线性积分滑模面,采用快速终端滑模设计趋近律;然后设计一种对目标机动加速度上界平方进行估计的自适应律,给出具有光滑特性的自适应积分滑模制导律;最后基于有限时间理论证明闭环系统的有限时间收敛特性,并给出滑模变量、视线角以及视线角速率的收敛域.数值仿真结果验证了所提出设计方案的有效性.     

终端约束条件下末端制导律研究综述

现代战场环境的日益复杂化和激烈化,多约束条件下制导律的设计成为研究热点.本文首先介绍了末端制导律的研究背景和研究意义,概述了由于环境的复杂,目标的高机动性,及飞行器运动的非线性、强耦合性和多时变性性等因素带来制导律设计上的困难.然后对具有多终端约束条件下末端制导律的设计方法进行分类,将其分为单终端约束制导律和多终端约束制导律,并对具有终端角度、弹着时间、和终端速度的某一种或几种约束的制导律方法进行归纳总结.最后对下面4种末端制导律的发展趋势进行了展望:三维制导律、制导控制一体化、多飞行器协同制导和多模复合末制导.     

Distributed observer-based fixed-time cooperative guidance law against maneuvering target

This paper presents a fixed-time cooperative guidance law for leader-following missiles, comprising one leader missile with the target seeker and several seeker-less follower missiles. The aim is to achieve a simultaneous attack on a maneuvering target at desired impact angles. First, a guidance law with impact angle control for the leader missile against a maneuvering target is proposed based on nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) control algorithm. Then, the design of cooperative guidance law for the follower missiles is composed of two parts: along the follower-to-leader line of sight (LOS) direction, the guidance command derived from bi-homogeneous property is designed to ensure that the follower-leader ranges keep proportional consensus with the range-to-go of the leader missile, thus avoiding the estimation of time-to-go ( $$); in the normal follower-to-leader LOS direction, considering the relative impact angle constraints which is determined by the leader LOS angle, the guidance command is proposed based on predefined-time sliding mode control method. What's more, a distributed fixed-time observer is designed for the follower missiles to compensate for unobtainable leader missile information. The fixed-time stability of the proposed methods is demonstrated using the Lyapunov theory and bi-homogeneous property. Finally, simulation results confirm the effectiveness and superiority of the proposed fixed-time cooperative guidance law with leader-following strategy.     

考虑导弹速度时变的角度约束最优中制导律

以导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,本文运用间接高斯伪谱法设计带攻击角度约束的最优中制导律.通过零化弹目相对法向速度,将攻击角度约束转化为视线角约束.考虑导弹速度时变的情况,建立带角度约束的制导方程.根据极小值原理推导最优中制导律的解析表达式,运用高斯伪谱法对最优中制导律进行离散化,把微分方程转化为代数方程,避免了求解Riccati方程.该方法不需要预先知道导弹未来的速度信息,计算量小,具有较好的实时性.仿真结果表明该中制导律可以满足逆轨拦截对弹目交会角的约束,且中制导末端的过载较小.     

基于飞行时间估计带时间约束的末制导律设计

针对某些导弹要求限制末端攻击时间的作战要求,本文提出一种带末端攻击时间约束的新型制导律。所提出的制导律是通过线性最优控制方法的解而得到的,该制导律是比例导引律和攻击时间误差反馈的组合,此攻击时间误差有别于通过比例导引律所设定的攻击时间。本文用到飞行时间估算方法来完善所提出的制导律。所得制导律形式简单、实用。数字仿真结果证明所提出的制导律能够导引多枚导弹在期望的攻击时间同时命中固定目标。     

Distributed control of target cooperative encirclement and tracking using range-based measurements

This paper investigates a distributed coordinate-free control method of ground target cooperative encirclement and tracking for an unmanned aerial vehicle (UAV) formation. Different from the existing methods, the relevant information for the circumnavigation can be measured by the UAV sensors rather than directly from the tracked target. Based on these distance measurements, a multi-UAV encirclement guidance law that satisfies both target coordination and tracking is designed. According to the proposed lemma of interconnected system, the formation system under the guidance law is globally uniformly asymptotically stable. The effectiveness and advantages of the proposed controller are validated via simulations.     

多枚倾斜转弯导弹的滚转通道之分布式有限时间姿态协调控制

对多枚倾斜转弯(BTT)导弹设计滚转通道自动驾驶仪时,基于分布式协调控制理论,本文提出了一类分布式有限时间姿态协调控制器.由于BTT导弹的气动参数变化强烈、机动要求高,要求控制器响应速度高,抗干扰能力强.本文基于有限时间控制技术,并结合多智能体系统的协调控制理论,对多枚BTT导弹滚转通道提出了一种分布式有限时间姿态协调控制律.在该控制律作用下,所有的BTT导弹通过相互协调,其滚转角可以在有限时间内达到一致并为给定的参考指令信号.仿真结果表明了该方法的有效性.     

Three‐dimensional impact angle‐constrained adaptive guidance law considering autopilot lag and input saturation

This work investigates three‐dimensional accurate guidance problem in the presence of impact angle constraint, input saturation, autopilot lag, and external disturbance, and presents a robust adaptive guidance method for maneuvering targets. More specifically, based on integral Lyapunov control algorithm, a robust guidance law, which can drive both terminal line‐of‐sight angle error and its rate to a small region around zero, while resisting the terrible influence caused by external disturbance, is proposed in this work. To deal with input saturation, guidance command is separated into two parts: real input and saturation error, and an adaptive control technique is employed to compensate the influence resulting from external disturbance and saturation error. Moreover, regarding autopilot lag as a first‐order dynamics, a backstepping designed controller with an adaptive term is proposed. Numerical simulations are carried out and their results demonstrate the proposed properties.     

Impact time and angle constrained integrated guidance and control with application to salvo attack

In this paper, a novel method is proposed to estimate the impact time (time taken to hit the target) for missiles guided by integrated guidance and control (IGC). Firstly, the elevator deflection command is directly designed in the frame of IGC to make the line‐of‐sight (LOS) angle converge to the desired value in finite time; thereafter, the missiles will fly along the desired LOS until they hit the target. Then a method to estimate the impact time is provided; this can help the user systematically choose the missile parameters in order to achieve a certain impact time, and thus this result can be applied to the case of salvo attack of multiple missiles without online data links. Finally, simulation studies are performed to verify the effectiveness of the proposed scheme.     

基于变结构控制的固定前置角制导律设计

弹载合成孔径雷达（SAR）的方位成像能力受飞行导弹的观测角影响,其末制导段采用前侧视工作方式。因此,必需合理设计制导律使前侧视条件成立。为了保证末制导段弹目间具有合适的夹角,采用变结构控制方法设计了一种固定前置角制导律,该制导律能够解决合成孔径雷达导引头对于前置角约束的问题。在制导律设计过程中,首先建立了弹目相对运动关系模型和具有终端角度约束时的视线角变化模型;在此基础上采用变结构控制的方法设计了固定前置角制导律;进而,对该固定前置角导引律进行了性能分析,得出了其一般攻击特性;最后,通过弹道仿真论证了其正确性与有效性。