双导弹拦截角度协同的微分对策制导律

为提高命中高价值目标的概率,基于线性二次型微分对策理论,对两枚导弹协同拦截单个目标的制导律进行了研究。单枚导弹在最小化自身脱靶量的同时,与另一枚导弹实现拦截角度上的协同,从而构成特定的拦截态势,以提高拦截机动目标的性能和末制导尾端对目标的可观测性。所推导的微分对策制导律考虑到了对策三方的控制系统动态,且具有解析解,形式上为零控脱靶量和零控协同拦截角误差的线性组合。基于推导结果完成了微分对策制导律的制导增益和对策空间分析,给出了鞍点解的存在条件,并进行了分析。非线性系统仿真结果表明由于导弹间存在显式的协同关系,拦截目标所需的加速度较低,且在设定的协同拦截角度收敛后,加速度会进一步减小。     

多导弹攻击时间协同的滑模制导律

针对多导弹攻击时间协同的高价值或大型目标攻击问题,基于滑模控制方法,提出了一种非奇异的滑模制导律,并设计了一种适用于机动目标的导弹剩余飞行时间估计方法。通过对滑模制导律切换控制部分的合理设计,保证了系统的Lyapunov稳定性,且避免了滑模面的收敛和保持受到弹道收敛的影响总是可达的。适用于机动目标的剩余飞行时间估计方法采用虚拟目标的设计思路,将目标加速度和速度对弹目相对运动关系的影响投影到弹目视线方向上,从而实现目标的虚拟静止。针对目标固定、非机动和机动三种情况,进行了多枚导弹飞行时间协同攻击的数字仿真。仿真结果表明所估计的剩余飞行时间可以快速收敛到真值,且误差趋近于零。所设计的多导弹攻击时间协同滑模制导律在完成目标攻击的同时,实现了导弹间在攻击时间上的协同。     

带有攻击角约束的多导弹协同制导律

针对带有攻击角约束的多导弹同时攻击机动目标问题,提出了一种带有攻击角约束的协同制导律。首先基于平面内的导弹-目标相对运动方程,建立了带有攻击角约束的协同制导模型;其次,把协同制导律的设计过程分离为两个部分:一是基于图论的有关内容,运用有限时间一致性理论设计沿着视线方向上的加速度指令来保证所有导弹与目标的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证所有的导弹同时击中机动目标;二是利用非齐次干扰观测器对机动目标的加速度进行估计,并运用滑模控制设计视线法向上的加速度指令来保证每枚导弹与目标间的视线角速率收敛到零和视线角收敛到期望的终端视线角,即每枚导弹以期望的终端视线角成功击中目标;最后,对三枚导弹同时打击同一机动目标的情况进行仿真,仿真结果表明本文设计的带有攻击角约束的协同制导律的有效性和正确性。     

考虑输入受限和自动驾驶仪延迟的自适应滑模制导律

在输入受限的情况下,为了满足导弹拦截机动目标时高精度制导的需求,首先建立了满足输入受限和考虑导弹自动驾驶仪一阶动态特性的制导模型,其把目标加速度视为未知有界的外界干扰,通过设计自适应控制估计干扰的上界来避免对干扰上界的先验要求,同时结合滑模控制,设计了一种考虑输入受限和自动驾驶仪延迟的自适应滑模制导律,并且基于Lyapunov稳定性理论证明了制导系统状态渐进收敛到零。最后,在所设计的制导律下,对目标余弦机动和阶跃机动两种情况进行了仿真,得到的脱靶量分别为0.040 m和0.036 m,拦截时间分别为6.460 s和7.833 s。仿真结果表明所设计的制导律不仅保证导弹有效击中目标,并且具有较高的制导精度。     

带落角约束的多导弹分布式协同制导律

为实现多枚导弹协同攻击机动目标,基于具有推力可控能力的导弹,提出了一种带落角约束的多导弹分布式协同制导律。将制导律的设计分离为视线方向和视线法向上两个部分:视线方向上基于多智能体协同控制理论和超螺旋控制算法,设计制导律控制导弹剩余时间在有限时间内趋于一致;视线法向上运用零化视线角速率思想和有限时间滑模控制理论,设计制导律控制导弹击中目标的同时满足落角约束。并针对两部分制导律中存在的目标机动信息,分别设计非齐次干扰观测器进行估计。仿真结果表明,提出的制导律能够有效完成协同攻击任务,脱靶量和落角误差分别控制在0.13 m和0.02°以内,并且有效抑制了抖振现象,有利于提高导弹自动驾驶仪的跟踪精度。     

拦截机动目标的多约束下协同制导律

为使多空空导弹以不同的落角同时命中机动目标的不同关键部位,提出一带有落角约束和视场角约束的三维协同制导律。首先在导弹的偏航和俯仰平面分别运用二次型最优控制的黎卡提方程推导了带有落角约束的加速度指令,以确保导弹按期望的落向和落角打击目标。其次采用可控开关反向原加速度指令的方法,对视场角进行修正,确保目标始终在导弹视场内。然后基于有限时间一致性理论,在落角约束与视场角约束的基础上设计了具有时变导引系数的协同制导律,使各导弹同时击中机动目标。最后通过仿真验证了所设计的多约束条件协同制导律的有效性与正确性,相比于比例导引可以实现对目标不同方位的协同打击,脱靶量小于0.41 m,落角落向误差均小于0.23°,时间误差在0.1 s以内,并有效避免了机动指令的抖振现象。     

具有攻击角约束的非奇异终端滑模导引律设计

为了满足导弹拦截高速大机动目标时高精度制导的需求,首先对二维平面内的弹目相对运动方程进行状态扩张,对于影响制导性能的目标总扰动采用了扩张状态观测器的方法进行动态补偿。然后在非奇异终端滑模面的基础上选取了两种滑模趋近律,设计了两种具有攻击角约束的非奇异终端滑模导引律。最后数值仿真结果表明,在观测器对扩张系统状态进行实时有效估计的前提下,针对不同的期望视线角和目标机动方式,所设计的两种导引律在满足期望的性能要求的同时,可实现导弹对目标的高精度快速打击。     

基于状态相关黎卡提方程的非线性协同制导律

针对小角度假设或其他线性化条件不满足时的协同拦截问题,提出了一种适用于非线性模型的协同微分对策制导律。考虑两枚拦截弹协同拦截单个机动目标,以微分对策理论为基础,以实现碰撞拦截为目的,将两枚拦截弹的视线角速度作为状态变量,结合状态相关黎卡提方程方法,把复杂的求解偏微分方程问题转化为容易求解的次优化问题,最后得出了可在线应用的解析形式闭环解。这种闭环解在形式上具有耦合性,体现了一种显式的协同关系,且不依赖于剩余时间,从而避免了对剩余时间估计精度问题的考虑。通过非线性仿真验证了所设计制导律的性能,拦截弹采用所提协同制导方法时侧向加速度要求得到了降低,与线性方法相比所消耗的控制能量减少了约25%。     

拦截高超声速飞行器的三维有限时间制导律设计

由于高超声速飞行器具有飞行速度快、机动能力强等特点,因此,传统的制导方式难以保证拦截弹拦截高超声速飞行器时的制导精度。为了减小弹目相对速度,降低对拦截弹的过载能力要求,按照前向制导方式,设计了有限时间收敛的三维前向滑模制导律。该制导律采用了连续的快速双幂次趋近律,不仅保证收敛速度快,同时削弱了传统制导律中存在的抖振现象。在此基础上为了处理系统扰动的上界未知的问题,又设计了自适应滑模制导律,该制导律既可以处理未知上界的外部扰动又可以保证第一种制导律所具有的良好特性。运用李雅普诺夫稳定性理论对所设计的滑模制导律进行了理论证明,最后,通过数值仿真验证了所设计制导律的有效性及优越性。     

带有末端角度和轨迹路径点约束的MPSC制导律设计

针对多约束制导问题,给出了一种同时满足末端角度约束和飞行轨迹路径点约束的模型预测扩展控制制导方法,该制导方法通过满足飞行轨迹路径点约束实现灵活调节飞行轨迹,可以大大缩短目标防御反应时间。模型预测扩展控制制导方法是基于非线性最优控制理论,给出了控制量表达式以二次形式近似时制导律的设计过程。模型预测扩展控制制导方法只能对末端时刻输出量进行约束,通过对该制导方法进行扩展,使其还可以满足飞行轨迹路径点约束。仿真结果表明,考虑飞行轨迹路径点约束时,导弹经过设定的路径点并以给定的弹道倾角命中目标。     

弹载捷联惯性制导系统传递对准技术试飞验证

介绍了一种弹载捷联式惯性制导系统传递对准改进设计方案，描述了在运输机上进行试飞验证的方法和结果。试飞结果表明，所设计方案的姿态对准精度为1．9’（1σ），航向对准精度为3．4’（1σ），整个传递对准过程可在40秒之内完成，满足了预定的指标要求。该方案采用了一种先进的“速度＋姿态”匹配方法，飞机只需做简单的摆翼机动飞行，相比传统设计方案有较大改进。     

基于蒙特卡罗法的弹道导弹落点密集度验前估计

为获得弹道导弹落点密集度的验前估计,应用蒙特卡罗法设计了一种基于制导工具误差的模拟打靶试验统计方法。建立了由制导工具误差到导弹飞行主动段终点偏差的误差传递方程,推导出18项参数的环境函数矩阵,然后利用椭圆弹道理论将主动段终点偏差折算落点偏差,完成了由靶场验前测试数据到落点密集度的统计试验估计模型。实现了伪随机数的产生和抽样,并对其进行了参数检验、均匀性检验和随机性检验。利用某型弹道导弹靶场单元测试数据进行模拟打靶试验,统计试验结果得到落点CEP和密集度的估计值和置信区间。飞行试验结果证实了该方法的可行性。     

舰载导弹用捷联惯导系统校准技术研究

舰载导弹惯导系统初始对准结束后即转入待机发射状态，为了保证导弹长时间待机发射后惯导系统的导航精度，惯导系统在待机过程中需要进行校准。针对舰载导弹武器系统作战使用要求，进行了导弹惯导系统射前校准技术研究，设计了一种采用速度匹配方法对惯导系统进行校准的方案，给出了校准滤波器的模型和校准过程中的修正方法。通过舰载试验对该方案进行了试验验证，试验结果表明该方案具有校准时间短、校准精度高、可以适应舰船各种机动航行等优点，保证了舰载导弹惯导系统长时间待机发射后的导航定位精度。     

弹载捷联惯导系统快速两位置自对准

通过分析发现,影响自对准快速性的只是航向失准角估计速度。文中提出了快速两位置对准,即第一位置对准30s以后引入第二位置,从而提高了对准速度而又不影响对准的精度,并结合实际应用提出了通过改变俯仰角的快速两位置对准,具有较好的实践意义。文中综合利用了自对准中姿态矩阵求解的新方法和快速两位置对准的方法,这些将大大提高了对准的精度和快速性,最后通过仿真验证了所提方法的可行性。     

Aeroheating CFD analysis of missile slots

This paper develops a hypersonic aerothermal simulation method for missile slot flow. The finite volume method of structure grid solver is developed for solving Euler and Navier-Stokes equations. The solver includes Park's two temperature model and the air multi-species reaction model. The second-order accuracy TVD numerical method was deduced to compute the hypersonic aeroheating which improves the computational efficiency. Computational results are given to show the high accuracy comparing to the existing experimental data.     

导弹竖直过程中加速度计的自标定方法

结合系统的实际应用,提出了一种导弹竖直过程中加速度计自标定方法。该方法让其在竖直过程中停留任意六个或六个以上的位置,利用地球重力加速度矢量建立三轴加速度计输出方程,并采用数学方法将此非线性方程线性化,变成了微处理器容易求解的形式。联立六位置过程中的加速度计输出方程,解算出加速度计的零位和标度因数,然后实施补偿。该方法不需要大理石平板,不需知道载体姿态,标定费时少,可以有效提高加速度计的使用精度,具有一定的工程应用价值。     

Parallel finite element computation of missile aerodynamics

A flow simulation tool, developed by the authors at the Army HPC Research Center, for compressible flows governed by the Navier–Stokes equations is used to study missile aerodynamics at supersonic speeds, high angles of attack and for large Reynolds numbers. The goal of this study is the evaluation of this Navier–Stokes computational technique for the prediction of separated flow fields around high-length-to-diameter (L/D) bodies. In particular, this paper addresses two issues: (i) turbulence modelling with a finite element computational technique and (ii) efficient performance of the computational technique on two different multiprocessor mainframes, the Thinking Machines CM-5 and CRAY T3D. The paper first provides a discussion of the Navier–Stokes computational technique and the algorithm issues for achieving efficient performance on the CM-5 and T3D. Next, comparisons are shown between the computation and experiment for supersonic ramp flow to evaluate the suitability of the turbulence model. Following that, results of the computations for missile flow fields are shown for laminar and turbulent viscous effects. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

导弹误差分离前的数据预处理方法

为获得高精度的导弹飞行试验误差分离结果,提出了改善数据预处理工作的工程实用方法。采用时间差分法查找测量数据中的丢失点,采用样条拟合算法剔除测量数据中的野值,并使用拉格朗日算法对异常点进行插值,提高了原始测量数据的质量。推导出发射惯性系下速度和位置的导航方程递推公式,并建立外测数据由发射坐标系向发射惯性系的转换关系模型：引入相关性分析法对遥外测数据的一致性进行分析,进而估算出遥外测数据零点对齐因子。对某型导弹遥外差计算应用了这些方法,获得了较满意的结果。     

潜地导弹初始定位误差估算方法

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差分离方法.该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系.推导出了初始定位误差与遥外测位置差之间的关系,分析了定位误差对导航计算初始速度装订的影响,建立了利用地面测试数据估算初始段制导工具速度误差的数学模型.结合飞行试验数据对该误差分离方法的精度进行了分析,同时还讨论了遥外差信息的选取原则,计算结果证实了该估算方法的可行性.     

大口径模拟导弹发射装置简介

介绍了大口径模拟导弹发射装置的设计思想、工作原理、装置的组成、达到的技术指标、主体结构及应用情况。