攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的制導(dǎo)律研究.pdf

1、攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)是攔截制導(dǎo)控制領(lǐng)域的核心研究內(nèi)容之一。制導(dǎo)控制是實(shí)現(xiàn)精確攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的關(guān)鍵。對制導(dǎo)控制的研究可以分為三個(gè)層次：幾何規(guī)律、制導(dǎo)律、控制。其中，幾何規(guī)律是攔截制導(dǎo)的基礎(chǔ)，制導(dǎo)律是實(shí)現(xiàn)幾何規(guī)律的反饋算法，控制是特定對象實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)律的手段。幾何規(guī)律和制導(dǎo)律具有普適性，控制則具有針對性。論文主要對攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的幾何規(guī)律和制導(dǎo)律進(jìn)行深入研究。
　　依據(jù)空間幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，統(tǒng)一和完善了三維攔截制導(dǎo)的降維方法，簡化了三維制導(dǎo)律設(shè)計(jì)與

2、分析的難度。首先，嚴(yán)格推導(dǎo)了視線旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)的三維相對運(yùn)動(dòng)方程，并對其奇異性問題進(jìn)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(shí)交會(huì)平面內(nèi)構(gòu)建二維制導(dǎo)律，以實(shí)現(xiàn)三維攔截的“降維方法”；然后，以比例導(dǎo)引律（PN）為例，對該方法的有效性進(jìn)行了理論分析與仿真驗(yàn)證。該方法可有效降低三維制導(dǎo)律設(shè)計(jì)與分析的難度和復(fù)雜度。
　　基于降維方法和類李雅普諾夫理論，分析了真比例導(dǎo)引律（TPN）和純比例導(dǎo)引律（PPN）的制導(dǎo)特性，得到了顯式的捕

3、獲區(qū)域和過載對抗需求。PN是應(yīng)用最廣泛的經(jīng)典制導(dǎo)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(dǎo)彈速度，適用于大氣層內(nèi)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(jī)動(dòng)目標(biāo)的制導(dǎo)性能進(jìn)行了深入研究，得到了兩種PN對任意機(jī)動(dòng)目標(biāo)的捕獲區(qū)域（捕獲條件）、對準(zhǔn)偏差控制能力、視線轉(zhuǎn)率上限與指令加速度上限等結(jié)果。論文的研究結(jié)果更準(zhǔn)確且更具有普適性，對實(shí)際攔截彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有

4、一定的指導(dǎo)意義。
　　從攔截幾何關(guān)系入手，基于古典微分幾何曲線理論，推導(dǎo)了三維微分幾何制導(dǎo)指令（DGGC）的顯示表達(dá)式，分析了適用范圍和攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)制導(dǎo)性能。古典微分幾何曲線理論是研究空間曲線的數(shù)學(xué)工具，提供了分析攔截制導(dǎo)問題的新思路。DGGC是應(yīng)用古典微分幾何曲線理論研究攔截制導(dǎo)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(dǎo)問題中的應(yīng)用方法，推導(dǎo)了三維DGGC的顯示表達(dá)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(jī)動(dòng)目標(biāo)的制導(dǎo)性能進(jìn)行了深入分析，得到了捕獲條件、對準(zhǔn)偏差控制能力、視線轉(zhuǎn)率上限與指令加速度上限等結(jié)果。
　　引入目標(biāo)機(jī)動(dòng)加速度上限估計(jì)信息，在TPN和PPN的基礎(chǔ)上，分別提出了兩種可有效應(yīng)對機(jī)動(dòng)目標(biāo)的自適應(yīng)滑模制導(dǎo)律。設(shè)計(jì)攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)制導(dǎo)律的一種有效方法是在PN的基礎(chǔ)上引入目標(biāo)機(jī)動(dòng)加速度的特征信息。滑模制導(dǎo)律是其中一種比較有前景的方式。首先，基于有限時(shí)間收斂控制

6、理論，對一種由TPN項(xiàng)、變結(jié)構(gòu)控制項(xiàng)、有限時(shí)間收斂項(xiàng)組合而成的有限時(shí)間收斂滑模制導(dǎo)律（EXO-FTSMG）進(jìn)行了深入研究；其次，改進(jìn)了一種目標(biāo)機(jī)動(dòng)加速度上限的自適應(yīng)估計(jì)器，將其引入EXO-FTSMG，得到了可以保證視線轉(zhuǎn)率漸進(jìn)收斂至0的自適應(yīng)滑模制導(dǎo)律（EXO-ASMG）；再次，將該自適應(yīng)估計(jì)器引入一種指令加速度垂直于導(dǎo)彈速度（與PPN類似）的有限時(shí)間收斂滑模制導(dǎo)律（ENDO-FTSMG），得到了可以保證滑模變量漸進(jìn)收斂到滑模面的自適應(yīng)

7、滑模制導(dǎo)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(shí)用性。
　　為了驗(yàn)證論文的理論分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)實(shí)攔截場景中影響脫靶量的主要因素，基于MATLAB&Simulink設(shè)計(jì)了攔截制導(dǎo)仿真系統(tǒng)，分別在大氣層外攔截和大氣層內(nèi)攔截兩種場景下，對論文所研究的制導(dǎo)律——三維TPN、三維PPN、三維DGGC、兩種ASMG攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的制導(dǎo)性能進(jìn)行了仿真對比分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了論文所提