攔截機動目標的制導律研究.pdf

1、攔截機動目標是攔截制導控制領域的核心研究內容之一。制導控制是實現(xiàn)精確攔截機動目標的關鍵。對制導控制的研究可以分為三個層次：幾何規(guī)律、制導律、控制。其中，幾何規(guī)律是攔截制導的基礎，制導律是實現(xiàn)幾何規(guī)律的反饋算法，控制是特定對象實現(xiàn)制導律的手段。幾何規(guī)律和制導律具有普適性，控制則具有針對性。論文主要對攔截機動目標的幾何規(guī)律和制導律進行深入研究。
　　依據空間幾何學與運動學規(guī)律，統(tǒng)一和完善了三維攔截制導的降維方法，簡化了三維制導律設計與

2、分析的難度。首先，嚴格推導了視線旋轉坐標系內的三維相對運動方程，并對其奇異性問題進行了分析，提出了解決方案；其次，統(tǒng)一和完善了在彈目瞬時交會平面內構建二維制導律，以實現(xiàn)三維攔截的“降維方法”；然后，以比例導引律（PN）為例，對該方法的有效性進行了理論分析與仿真驗證。該方法可有效降低三維制導律設計與分析的難度和復雜度。
　　基于降維方法和類李雅普諾夫理論，分析了真比例導引律（TPN）和純比例導引律（PPN）的制導特性，得到了顯式的捕

3、獲區(qū)域和過載對抗需求。PN是應用最廣泛的經典制導律。其中，TPN的指令加速度垂直于視線，適用于大氣層外攔截；PPN的指令加速度垂直于導彈速度，適用于大氣層內攔截。論文基于降維方法和類李雅普諾夫方法，分別對三維TPN和PPN攔截任意機動目標的制導性能進行了深入研究，得到了兩種PN對任意機動目標的捕獲區(qū)域（捕獲條件）、對準偏差控制能力、視線轉率上限與指令加速度上限等結果。論文的研究結果更準確且更具有普適性，對實際攔截彈制導控制系統(tǒng)的設計具有

4、一定的指導意義。
　　從攔截幾何關系入手，基于古典微分幾何曲線理論，推導了三維微分幾何制導指令（DGGC）的顯示表達式，分析了適用范圍和攔截機動目標制導性能。古典微分幾何曲線理論是研究空間曲線的數學工具，提供了分析攔截制導問題的新思路。DGGC是應用古典微分幾何曲線理論研究攔截制導問題的一種新成果。論文基于古典微分幾何曲線理論在三維攔截制導問題中的應用方法，推導了三維DGGC的顯示表達式，分析了DGGC相對于PN具有性能優(yōu)越性的適

5、用范圍，然后基于降維方法和類李雅普諾夫方法，對三維DG GC攔截任意機動目標的制導性能進行了深入分析，得到了捕獲條件、對準偏差控制能力、視線轉率上限與指令加速度上限等結果。
　　引入目標機動加速度上限估計信息，在TPN和PPN的基礎上，分別提出了兩種可有效應對機動目標的自適應滑模制導律。設計攔截機動目標制導律的一種有效方法是在PN的基礎上引入目標機動加速度的特征信息?；Ｖ茖墒瞧渲幸环N比較有前景的方式。首先，基于有限時間收斂控制

6、理論，對一種由TPN項、變結構控制項、有限時間收斂項組合而成的有限時間收斂滑模制導律（EXO-FTSMG）進行了深入研究；其次，改進了一種目標機動加速度上限的自適應估計器，將其引入EXO-FTSMG，得到了可以保證視線轉率漸進收斂至0的自適應滑模制導律（EXO-ASMG）；再次，將該自適應估計器引入一種指令加速度垂直于導彈速度（與PPN類似）的有限時間收斂滑模制導律（ENDO-FTSMG），得到了可以保證滑模變量漸進收斂到滑模面的自適應

7、滑模制導律（ENDO-ASMG）。與PN相比，ASMG降低了對指令過載的需求，且所需測量量較容易獲得，具有一定的實用性。
　　為了驗證論文的理論分析結果，結合現(xiàn)實攔截場景中影響脫靶量的主要因素，基于MATLAB&Simulink設計了攔截制導仿真系統(tǒng)，分別在大氣層外攔截和大氣層內攔截兩種場景下，對論文所研究的制導律——三維TPN、三維PPN、三維DGGC、兩種ASMG攔截機動目標的制導性能進行了仿真對比分析。仿真結果驗證了論文所提