反临近空间飞行器的导弹制导律设计与仿真研究

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具有军事应用价值的临近空间高超声速飞行器的快速发展对现有防空反导拦截武器提出了巨大的挑战。为有效拦截临近空间高超声速飞行器,本文对防空反导导弹的制导律设计问题进行了研究,具体包括以下三方面内容:首先针对临近空间高超声速再入飞行器目标,设计了中远程拦截导弹的复合制导律。采用初始段高抛程序角指令制导+预测比例中制导+末端滑模制导律;设计了三阶扩张状态观测器估计目标的机动值和视线角耦合项,并给出了各段制导律的交接班条件。临近空间飞行器的另一个典型弹道特点是大幅度跳跃机动,为了拦截跳跃式机动目标,首先,通过引入目标跳跃幅度变化率估计目标跳跃机动的能力,设计了随弹目距离和目标跳跃幅度变化率自适应调节的滑模趋近律。其次,采用轨控直接力控制技术,设计了直接力/气动力复合控制的分配方案,保证了拦截弹末端机动能力,实现了对跳跃式机动目标的拦截。其次为了充分发挥导弹制导与控制系统的协作效能,本文基于Backstepping和Lyapunov再设计方法进行了导弹制导控制一体化设计。首先给出了推力矢量拦截弹直接力和气动力的归一化设计方法,将多控制变量输入问题转化为单控制变量输入问题进行求解。然后对导弹制导控制模型标准化,采用Backstepping和Lyapunov再设计方法得到了拦截弹在俯仰平面内的制导控制律。并通过与传统的PN导引制导律结合PID控制方法的导弹进行了飞行仿真对比,验证了该方法的有效性。最后为了达到多枚导弹协同作战的任务要求,实现对多个临近空间飞行器目标的饱和拦截。首先建立了多枚导弹拦截多个目标的总拦截概率最大和总攻击用时最少的数学模型,采用遗传算法进行动态任务分配,然后针对任务分配得到的每组结果,设置最佳协同拦截时间,在拦截前段,采用三维空间与时间协同滑模变结构制导律,控制拦截时间基本一致,在拦截末段,采用纯比例导引制导律,保证拦截弹对目标的精确协同打击。
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