考慮飛彈動態特性的有限時間收斂導引律

《考慮飛彈動態特性的有限時間收斂導引律》是依託哈爾濱工業大學，由周荻擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：考慮飛彈動態特性的有限時間收斂導引律
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周荻

項目摘要

在臨近空間對超高聲速飛行器的攔截，以及在大氣層內對彈道飛彈的攔截，日益成為現代先進防禦技術領域的重要課題。上述背景下，目標飛行速度非常快，地基或海基攔截器又處於迎頭攔截狀態，目標與飛彈相對速度很高，而導引頭的探測距離有限。因此，末制導的時間很短。另外，中制導精度不會很高，末制導開始時刻，目標-飛彈視線轉率不會很小。此項目擬針對上述問題，結合非線性系統有限時間穩定性理論，提出理論完善的有限時間收斂高精度導引律。考慮臨近空間攔截器的軌控發動機的脈衝工作特性，研究適合這種特性的有限時間收斂導引律；考慮大氣層內反導攔截彈控制系統的動特性及其所攔截目標的機動性，研究考慮飛彈穩定控制系統動特性的有限時間收斂魯棒導引律。考慮到上述背景下攔截器或攔截彈導引頭的探測精度不會很高，導引律對導引頭測量噪聲要有一定的適應能力。本項目在取得導引律理論研究結果的基礎上，還將開展相應背景下的數值仿真研究工作。

結題摘要

本項目以大氣層內攔截彈道飛彈等高速機動目標、攔截臨近空間高超聲速機動目標，以及反衛星攔截器中制導為背景，研究了考慮飛彈自動駕駛儀動態特性的高精度魯棒導引律和中制導方法。 提出了一種離散時間有限時間收斂滑模導引律，其線上利用所有導引頭測量數據估計目標機動加速度。考慮飛彈自動駕駛儀為一階動態環節，套用非奇異終端滑模控制和常規滑模控制方法，設計了兩種滑模導引律，保證制導系統狀態有限時間收斂至滑模面。 提出了攔截機動目標的帶終端攻擊角度約束的滑模導引律，保證制導系統中視線角及其速率有限時間內收斂到滑模面。將飛彈自動駕駛儀近似為二階動態環節，套用動態面控制方法，設計了帶終端攻擊角度約束的導引律。為了估計飛彈的加加速度，基於動態面控制方法，設計了帶觀測器的考慮飛彈自動駕駛儀二階動態特性的導引律，證明了制導系統的穩定性。 考慮輸入受限情況，提出了一種有限時間滑動扇區制導律。考慮到飛彈過載受限的情況，給出了保證系統狀態在制導過程結束之前收斂至零的條件。考慮飛彈自動駕駛儀動態特性和飛彈過載飽和，採用動態面方法設計了飛彈三維非線性制導律，其自適應估計目標加速度的界，以較高的精度攔截機動目標。採用指令濾波器backstepping方法設計了導引律，考慮了飛彈自動駕駛儀的二階動態延遲特性，而且可以有效地處理過載指令飽和約束。 針對大氣層內直接側向力和氣動力控制敏捷攔截飛彈，提出了高效的非線性控制方法，以及基於L2最優分配策略的考慮舵機飽和非線性的控制方法。 對考慮近地點極小值約束和遠地點極大值約束的約束多圈Lambert問題，給出了所有可行解和求解最優雙脈衝解的普適方法。對於常值推力情況，提出了基於線性相對運動方程的交會方法和基於 Lambert解的交會方法。針對兩體正切軌道問題，採用飛行方向角描述和求解，提出了一種解析求解方法及其解的存在條件。得到了三種經典正切軌道問題的解析解。 上述研究結果為提高攔截高速大機動目標的飛彈的制導精度提供了重要技術途徑。