基于有限时间理论的多导弹协同制导律研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lcc2451
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随着各个国家的导弹防御系统的不断发展,导弹突防面临前所未有的挑战。导弹即使提升自身性能也很难突破防御系统击中目标。导弹协同制导是突破这一困境的最为有效的手段,因此研究协同制导律是一项非常重要的并且具有深远意义的战略任务。同时,研究协同问题要求控制导弹的状态量在制导结束之前趋于一致。利用有限时间理论设计的制导律具有快速收敛性和较好的鲁棒性,这种良好的性能对协同制导来说是非常适合的。因此基于有限时间理论设计协同制导律是有必要的且具有现实意义的。本文把导弹协同攻击类似舰船目标和目标群作为背景,研究基于有限时间控制理论的多导弹协同制导律。本文首先从研究单枚导弹的有限时间制导律开始,应用非线性系统有限时间稳定性理论,提出了在有限时间内确保系统视线角速率收敛至零的充分条件,设计了平面内能够在有限时间使视线角速率收敛至零或零的边界层的制导律。根据实际需要,将该制导律扩展到三维空间,设计三维空间的有限时间制导律。该制导律通过选择合理的制导律参数,在保证较高的制导精度的同时,具有快速收敛性和高鲁棒性。其次,对时间协同制导问题进行研究。为实现导弹齐射攻击目标的效果,设计期望攻击时间协同制导律。该制导律需在发射之前设定一个攻击时间,各个导弹分别按指定的攻击时间独立完成打击任务。这种制导律虽然能够实现时间上的协同,但是导弹之间不存在联系,因此抗干扰性不强,如果一枚导弹出现问题其他导弹无法做出反应。因此,设计有限时间协同制导律,该制导律属于分布式协同制导律。为了避免攻击时间协同制导律的弊端,通过引入通讯矩阵的方法,导弹之间可以彼此交换信息,从而提高抗干扰的能力。制导律设计过程中应用有限时间稳定性理论,能够使导弹视线角速率和相对视线角误差在有限时间内收敛至零,使相对距离和径向速度在有限时间内达到一致,其中相对距离可以收敛到零。有限时间协同制导律具有快速收敛性并且需要的过载较小,有一定的可实现性。最后,对导弹协同攻击多目标的问题进行研究。目标分配是解决多目标协同问题的核心。通过选择适合的目标分配准则和性能代价函数,建立合理的目标分配模型。运用遗传算法得到目标分配结果。通过模拟结果发现多目标协同攻击问题实际可以分为两个部分:一对一制导和多对一协同制导。由此,结合有限时间制导律和协同制导律,搭配目标分配算法,设计多目标导弹有限时间协同制导律。该制导律具有良好的性能,易于实现。
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