空间拦截变结构末制导律研究

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航空航天技术是影响国家和民族生存发展的关键技术,同时也是决定国家战略地位的重要因素。二十一世纪以来,我国的航空航天技术进入了新的发展阶段,对导航制导技术的要求越来越高,传统的古典和现代制导律已经不能适应日益复杂的拦截要求了。当目标进行高速机动运动时,传统制导律设计由于只考虑制导回路,忽略了控制回路对制导性能的影响,因此制导效果显著下降,甚至会导致拦截失败;而当目标进行高超声速运动时,传统的制导方式存在拦截速度无法达到、拦截窗口小的难题。因此,研究新型的、适宜发展要求的导引律成为当前迫在眉睫的关键任务。本文在深入研究空间拦截末制导律的发展现状的前提下,探讨了末制导律的发展趋势,并取得了如下研究成果:(1)本文提出了一种考虑自动驾驶仪动态特性的新型制导律。传统的导弹制导控制系统设计中制导和控制分开设计,制导律是在完全忽略控制回路影响的情况下设计的,随着制导精度要求的提高,不考虑控制回路(主要是自动驾驶仪)影响的制导律已经无法满足高精度的要求。本文首先建立了考虑自动驾驶仪一阶动态特性的相对运动方程组,并将其线性化、坐标变换为标准形式,然后根据李亚普诺夫稳定性理论,设计了一种变结构制导律。在目标加速度不可准确获知的情况下,采用不确定性边界自适应估计算法改进,设计了一种非线性自适应制导律。通过仿真可以发现,本文所提出的制导律制导效果良好,尤其在复杂的目标机动情况下,制导效果与传统制导律相比改善明显。(2)本文提出了一种具有终端角度约束的自适应非线性前向拦截制导律。传统的各种制导律应用在拦截高超声速导弹时,存在拦截窗口窄、拦截速度很难达到等技术难题。本文研究了一种能够有效对抗高超声速武器的新型前向拦截技术。本文首先建立了前向拦截的非线性相对运动方程,分析了前向拦截的制导条件,采用具有终端角约束的拦截几何条件。在制导律的设计上,设计了能够考虑自动驾驶仪特性的滑模面,推导了一种自适应前向拦截制导律,并采用李亚普诺夫稳定性理论验证了其稳定性。本文制导律的突出优点是:具有较好的拦截性能、脱靶量小、制导时间短。(3)本文建立了导弹拦截三维可视化仿真平台。为了加深对导弹拦截的理解,直观生动的反应末制导情况,本文研究了导弹三维拦截仿真平台的建立。首先建立了三维空间的末制导相对运动方程以及导弹、目标的质心运动方程,进行了末制导的拦截程序设计、动画设计以及图形用户界面设计,开发出了末制导三维可视化仿真平台,该平台在一定程度上形象的展示了末制导的过程,为后续的研究提供了一个较好的平台。
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