加速度峰值最小的落角约束导引律设计

针对静稳定度较高的导弹在实现大落角攻击时存在操纵能力不足的问题,提出了一种带落角约束的加速度峰值最小的导引律,以降低末制导需用过载、避免控制饱和。通过引入辅助状态将峰值最小化问题转化为常规最优控制问题,采用假设-验证的思路推导出无惯性环节系统的解析解,并借助高斯伪谱法求解无惯性环节系统和一阶惯性系统的数值解。仿真结果检验了两种方法的有效性,并表明无惯性环节系统和一阶惯性系统下,加速度峰值最小的弹道分别为精确和近似的圆弧与线段的拼接。     

落角约束对制导精度的影响

为探讨落角约束导引律与空对地制导武器的制导精度之间的关系,针对采用惯性/卫星组合导航体系的制导武器引入了带三维落角约束的导引律。采用几何分析和线性二次型问题的最优控制解相结合的方法,分别得到了脱靶量与终端落角的关系和末段需用过载与终端落角的关系。得出了落角约束制导律能够减小目标高度定位误差的影响从而提高制导精度的结论,并通过蒙特卡洛法进行了仿真验证。     

小型电视制导空地弹大落角导引律设计方法

采用电视制导的小型空地导弹要实现大落角攻击,主要受导引头框架角、导弹飞行高度、导弹可用过载三个方面的约束。常用的大落角导引律有框架角门限比例导引、过重力补偿比例导引和落角补偿比例导引等,设计与仿真结果对比表明,带过重力补偿的比例导引方案需用过载小,可使导弹在进行大落角攻击时满足各方面的约束条件。     

带落角约束的圆弧末导引律一体化设计

针对某些导弹具有末端落角的作战要求,设计了一种带落角约束的圆弧一体化导引律。首先在二维平面内对圆弧轨迹进行几何分析,得出了任意两点之间都存在给定落角的唯一圆弧轨线。据此推导出圆弧导引的状态方程。然后在小攻角假设的前提下,将导弹在俯仰平面内的运动学模型线性化,并建立俯仰平面内的导弹制导控制的一体化模型。最后将其化为了具有一般形式的含不确定量的级联系统,采用自适应滑模反演的设计方法保证了系统状态的稳定性。仿真结果表明,带落角约束的一体化圆弧末导引律不仅满足高精度的制导要求,同时也能够满足对末端落角的控制要求。     

考虑视场角约束下的攻击时间控制制导律

为了实现视场角约束下的攻击时间控制,基于导弹-目标相对运动模型,对考虑视场角约束下的攻击时间控制制导问题开展了研究。建立了以攻击时间误差和前置角收敛到0为准则的攻击时间控制模型。在比例导引法的基础上,采用附加偏置控制项的形式,在考虑视场角约束条件下设计了无奇点的攻击时间控制制导律。该制导律具有一定的最优性,攻击时间误差先于前置角收敛到0,制导加速度指令最终也收敛为0。采用Lyapunov稳定性理论,证明了该攻击时间控制制导律的稳定性。仿真结果表明,该制导律能够有效实现视场角约束下的攻击时间控制。     

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。     

多约束超螺旋滑模变结构制导律

针对末制导过程中出现的加速度、落点和落角等多约束问题，研究一种多约束2阶超螺旋滑模制导律。将弹目相对运动方程转化为标准2阶系统模型，基于超螺旋(ST)算法设计2阶滑模制导律，使系统能够快速达到收敛，满足对落角的导引精度需要；采用饱和函数代替符号切换函数，消除滑模变结构算法固有的抖振问题；为解决加速度受限问题，设计带辅助系统(AS)的制导律。数字仿真结果表明，所设计的制导律能以期望的攻击角度和落角精确命中目标，与现有的1阶滑模制导律相比，收敛速度更快，制导精度更高。     

电视制导空地弹落角约束制导律研究

针对电视制导导弹打击目标时框架角有限与落角约束要求,研究了三类具有落角约束的比例导引律:过重力补偿比例导引、Zarchan弹道成型制导律、变系数比例导引,提出一种变系数偏置比例导引。仿真结果表明,与另外两种制导律相比,变系数偏置比例导引弹道爬升高度较低,导引头需用框架角较小,可以保证电视导引头更好的锁定目标,具有一定的工程实用价值。     

反装甲车导弹落角约束制导律研究

针对反装甲车导弹打击目标时落角约束要求,研究了两类典型的具有落角约束的导引律。通过在滑模变结构导引律的基础上引入模糊逻辑控制以减小控制量的抖振和系统能量耗损;在比例导引律的基础上引入时变导航系数与偏置项来满足落角约束。对两种改进制导律的有效性进行了仿真校验。仿真结果表明,与变系数偏置比例导引律相比,模糊变结构控制在干扰影响下仍能保持较高的制导精度。     

导弹作为一阶动态环节的空间对准导引律

给出导弹作为一阶动态环节的空间对准导引律,它是使导弹的速度向量在给定的时间指向拦截点,控制加速度二次方积分为最小意义下空间形式的最优导引律。这种导引律可以更灵活地调整弹道上过载的分布,对于目标预测拦截点不变化的弹道,导弹速度指向拦截点后可得到直线弹道,即具有零控拦截的性质。一些已知的导引律可作为该导引律的特殊形式导出,可阐述这些导引律的最优性。     

考虑动态延迟特性的含攻击角度约束的制导律

针对打击固定或者缓慢移动目标时带攻击角度约束的制导问题,设计一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的制导律。基于平面内导弹-目标的运动模型,采用滑模变结构和非线性反步控制的方法,将导弹自动驾驶仪的动态延迟特性近似描述为一阶惯性环节,通过高增益的饱和函数,结合改进的开关项系数来消弱滑模抖振的影响,最终使视线角速率和导弹的弹道倾角分别趋于零和期望值。仿真的结果表明：该制导律下导弹能以期望的攻击角度命中目标,有效地克服控制系统的动态延迟对导引精度的影响,对参数的变化和外界的干扰有很好的适应性和鲁棒性,具有工程应用的参考价值。     

一种多约束条件下的最优末制导律研究

为了更好地满足现代导弹武器多约束、高精度制导的基本要求,提出一种新的最优末制导律。在综合考虑落角和末端攻角的要求下,用二次型最优控制推导出新的制导律,并给出了零阶无时延系统的表达式,最后运用典型弹道仿真和对比试验验证了该制导律的良好的弹道性能。仿真结果表明：该制导律不但能够满足多约束高精度制导的要求,而且对落角、末端攻角控制和早期弹道修正具有较大的优势。     

带有落角约束的间接Gauss伪谱最优制导律

针对带有落角约束的末制导问题,提出了一种基于极小值原理和Gauss伪谱法的最优制导律。以期望落角方向为坐标轴定义了落角坐标系,并在其中建立了线性化的导引运动关系方程。将控制系统简化为1阶惯性环节,利用极小值原理得到正则方程,然后引入Gauss伪谱法进行离散,将其转化为代数方程,结合边界条件,推导出最优制导律的解析表达式,无需任何积分过程,避免了求解黎卡提微分方程。仿真结果表明,所提出的算法运算量小,计算效率高,同时也能方便地求解出复杂加权矩阵下的最优制导律,能够在满足落角约束的条件下更快地收敛到落角参考线,并且具有更小的末端需用过载。     

基于ESO的拦截机动目标带攻击角度约束制导律

为满足攻击角度约束的要求,设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的制导律。建立了考虑驾驶仪二阶动态特性的带攻击角度约束项的制导系统模型,采用二阶滑模超螺旋算法对扩张状态观测器进行改进,提出了一种超螺旋扩张状态观测器,对未知目标加速度进行估计,选取一种带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模面,结合动态面控制,提出了一种新型制导律。该制导律能使系统状态全局有限时间收敛,补偿驾驶仪动态特性。对比仿真结果表明,所提观测器估计精度高,所提制导律能够实现视线角速率和攻击角度有限时间收敛,且具有更好的制导性能。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律

针对打击机动目标带攻击角度约束的末制导问题,提出了一种带攻击角度约束的制导律。基于弹目相对运动模型,将攻击角度约束问题转化为终端视线角约束问题。设计了一种新型非奇异快速终端滑模面,结合改进的超螺旋算法,提出了一种自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律。该制导律能够使弹目视线角及其角速率有限时间收敛,并设计了参数自适应律有效补偿未知扰动。通过仿真实验,验证了所提制导律能以期望攻击角度精确命中目标,且与现有制导律相比,收敛速度更快,制导精度更高,能量消耗更少。     

带初始前置角和末端攻击角约束的偏置比例导引律设计以及剩余飞行时间估计

针对导弹飞行过程中受到外部干扰导致前置角变化较大的问题,设计了满足任意初始前置角和末端攻击角度约束的偏置比例导引律,并对该导引律下系统参数的收敛性给出了证明。基于现有分段迭代求解剩余飞行时间的方法进行拓展,解决了现有分段迭代求解方法在前置角等于π/2 rad时存在奇点的问题,并用该改进方法给出了该导引律的剩余飞行时间估计。对提出的导引律和改进的分段迭代求解方法进行仿真,结果表明：该导引律能够满足任意初始前置角和末端攻击角度约束下导弹的脱靶量和末端角度要求,且在飞行末端加速度指令收敛至0;与以往研究结果相比,该导引律在前置角大于π/2 rad时能够实现对导弹的更有效控制;使用改进的分段迭代求解方法对提出的导引律进行剩余飞行时间估计,估计误差小,误差收敛快。仿真结果验证了该偏置比例导引律和剩余飞行时间估算方法的有效性。     

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。     

精确对地攻击姿态约束最优末制导设计

针对远程精确对地攻击姿态约束末制导问题,提出按照命中点姿态角需求设计基准弹道,并建立了围绕基准弹道的线性时变弹目运动方程。以弹道跟踪误差和控制能量最小为优化指标,取弹道跟踪误差加权阵与剩余飞行时间的平方成反比,求得了一种新的精确对地攻击姿态约束末制导律。制导指令由基准弹道补偿项和弹道跟踪误差项两部分组成。与文献[1]制导律的仿真对照表明,本文给出的制导律具有较小的需用过载,命中点姿态角控制精度高、脱靶量小、适用性好。研究结果对远程对地攻击导弹或制导炸弹末制导系统设计具有参考价值。     

带落角约束的有限时间收敛末制导律研究

针对导弹末制导过程中的终端落角约束的问题,基于滑模控制和有限时间控制理论,设计了一种有限时间收敛末制导律。利用终端滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够有限时间收敛到0的特点,选取终端滑模面,引入落角约束项,采用有限时间稳定性理论对导引律的有限时间收敛特性进行了证明,并给出了收敛时间的数学表达式。将该末制导律与其他2种带落角约束的导引律进行了对比仿真。结果表明,利用该制导律,制导武器能以更高的命中精度和更小的落角偏差命中目标。