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一种适用于红外制导弹药的偏置比例导引律

系统工程与电子技术 2016年第10期38卷 2346-2352页

作者：王广帅林德福范世鹏臧路尧北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天自动控制研究所北京100854

针对弹道成型制导律不适用于红外制导弹药的落角约束,提出了一种无需剩余飞行时间信息的偏置比例导引律。根据建立的弹目相对运动几何模型和碰撞三角形,推导出了期望落角与需用偏置积分量之间的函数关系;求出了偏置比例导引无量纲弹道... 详细信息

针对弹道成型制导律不适用于红外制导弹药的落角约束,提出了一种无需剩余飞行时间信息的偏置比例导引律。根据建立的弹目相对运动几何模型和碰撞三角形,推导出了期望落角与需用偏置积分量之间的函数关系;求出了偏置比例导引无量纲弹道闭环解与稳定域,并分析了不同因素对偏置比例导引律制导性能的影响;最后对比研究了偏置比例导引制导律与弹道成型的性能。仿真结果表明,偏置比例导引律在落角精度、制导精度与最大需用过载这些关键制导性能指标方面接近于弹道成型制导律,适用于红外制导弹药对地面运动装甲目标的落角约束问题。

关键词：弹道成型制导律红外制导弹药偏置比例导引律落角约束

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偏置比例导引律在空地作战中的应用

指挥与控制学报 2019年第4期5卷 339-343页

作者：穆忠伟吴剑何诚张哲南昌航空大学信息工程学院

针对导弹在空地作战中的末制导段攻击地面静止和运动目标的问题,更好地约束攻击角度,利用传统比例导引律加上偏置项,并将偏置项进行积分计算,再结合滑模变结构理论,以积分化项作为滑模动态面,设计了一种偏置比例导引律.该制导律在攻击... 详细信息

针对导弹在空地作战中的末制导段攻击地面静止和运动目标的问题,更好地约束攻击角度,利用传统比例导引律加上偏置项,并将偏置项进行积分计算,再结合滑模变结构理论,以积分化项作为滑模动态面,设计了一种偏置比例导引律.该制导律在攻击地面目标时具有较高的制导精度,并通过Lyapunov理论证明了系统状态轨迹到达滑模面的过程是有限时间收敛且稳定的,满足其可达性条件.经过仿真验证了偏置比例导引律具有更好的攻击性能及攻击角度.

关键词：空地作战偏置比例导引律积分计算滑模变结构制导精度

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基于偏置比例导引的落角约束滑模制导律

系统工程与电子技术 2021年第5期43卷 1295-1302页

作者：王晓海孟秀云周峰邱文杰北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天自动控制研究所北京100039

为实现导弹以一定落角攻击装甲车辆等地面移动目标,应用变结构控制理论,推导基于偏置比例导引的落角约束滑模制导律,并基于李雅普诺夫稳定性理论设计了参数自适应的幂次趋近律。考虑目标速度难以测量的问题,引入扩张状态观测器(extended... 详细信息

为实现导弹以一定落角攻击装甲车辆等地面移动目标,应用变结构控制理论,推导基于偏置比例导引的落角约束滑模制导律,并基于李雅普诺夫稳定性理论设计了参数自适应的幂次趋近律。考虑目标速度难以测量的问题,引入扩张状态观测器(extended states observer,ESO)对目标速度进行估计。仿真结果表明,所设计的制导律能够以要求的落角准确打击静止目标与机动目标,且需用法向过载和命中点附近的法向过载较小,弹道后段较为平直。

关键词：偏置比例导引律滑模变结构落角约束扩张状态观测器机动目标

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基于预测校正的落角约束计算制导方法

航空学报 2022年第8期43卷 515-530页

作者：刘子超王江何绍溟李宇飞北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学无人机自主控制技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对带有落角约束的导弹制导问题,提出一种基于预测校正思想的计算制导方法。根据导弹飞行状态与落角之间的映射关系设计了深度监督学习网络,在导弹飞行过程中基于观测信息实时预测落角;根据落角误差与控制指令之间的映射关系设计了深... 详细信息

针对带有落角约束的导弹制导问题,提出一种基于预测校正思想的计算制导方法。根据导弹飞行状态与落角之间的映射关系设计了深度监督学习网络,在导弹飞行过程中基于观测信息实时预测落角;根据落角误差与控制指令之间的映射关系设计了深度强化学习模型,在比例导引律的基础上增加偏置项,基于预测落角误差实时输出偏置项,校正落角误差。引入深度监督学习网络解决了传统强化学习方法中的稀疏奖励问题。设计了仿真飞行实验训练深度监督学习网络与深度强化学习模型,然后测试了提出的计算制导方法的性能。仿真结果表明所设计的计算制导方法准确地实现了落角控制,在嵌入式计算机的计算精度高,实时性好,具备工程实用价值。

关键词：落角约束计算制导预测校正制导偏置比例导引律深度学习

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基于迁移学习的角度约束时间最短制导算法

航空学报 2023年第19期44卷 237-251页

作者：罗皓文何绍溟金天宇刘子超北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学无人机自主控制技术北京市重点实验室北京100081

由于导弹所处的气动环境等外界条件复杂多变,因此在特定气动环境中表现优异的深度监督学习制导算法将无法直接作用于新环境,这给制导指令的精准预测带来了很大挑战。针对上述问题,本文以落角约束下优化飞行时间的制导问题为背景,提出了... 详细信息

由于导弹所处的气动环境等外界条件复杂多变,因此在特定气动环境中表现优异的深度监督学习制导算法将无法直接作用于新环境,这给制导指令的精准预测带来了很大挑战。针对上述问题,本文以落角约束下优化飞行时间的制导问题为背景,提出了一种基于迁移学习的角度约束时间最短制导算法,该算法只需极少量的新数据,便能使制导律迅速适应不同的气动环境。在本文中,我们首先通过域对抗地训练特征提取器和域判别器,从不同气动环境的弹道数据中提取出对气动变化不敏感的关键特征;其次设计了适应于不同气动环境的偏置加速度预测器,进而实现了对导弹的精准制导;最后,大量数值仿真结果表明,在新气动环境下,基于迁移学习的角度约束时间最短制导算法仍能实现制导指令的精准预测。

关键词：计算制导深度学习迁移学习落角约束偏置比例导引律

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可实现以期望角度过顶迂回打击的制导律设计

现代防御技术 2021年第1期49卷 59-65,74页

作者：吴锟陈东生金岳北京航天飞腾装备技术有限责任公司北京100094

在已有的小型导弹角度约束制导律设计中,对敌方目标打击角度约束范围往往有限。为了扩大角度约束的可行范围,实现对目标的全方位打击,基于双圆弧原理设计了可实现过顶迂回打击的制导律。首先,建立了导弹的末制导段相对运动模型,然后对... 详细信息

在已有的小型导弹角度约束制导律设计中,对敌方目标打击角度约束范围往往有限。为了扩大角度约束的可行范围,实现对目标的全方位打击,基于双圆弧原理设计了可实现过顶迂回打击的制导律。首先,建立了导弹的末制导段相对运动模型,然后对双圆弧曲线拟合的原理进行了介绍和推导证明,对于两段圆弧的关键参数进行了推导,最后基于该原理设计了一种可从任意角度打击目标的制导律。仿真结果表明,该制导律能够实现的角度约束范围相对偏置比例导引律大幅提升,可以实现对固定目标的过顶迂回打击,控制命中角度能力较强,末端过载的峰值较小,控制能量也远小于BPNG(biased proportional navigation guidance law),命中精度满足要求,具备较好的工程应用价值。

关键词：制导角度约束范围双圆弧原理偏置比例导引律过载能量消耗过顶迂回打击蒙特卡罗仿真

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基于预测碰撞点带落角约束的导引律设计

火力与指挥控制 2019年第10期44卷 148-152页

作者：史绍琨赵久奋尤浩火箭军工程大学

为提高导弹导引精度,增强对落角的控制,针对带倾角运动的目标,推导了攻击运动目标带落角约束的偏置比例导引律。通过在偏置项中加入导弹-目标的相对运动状态,实现对带倾角运动目标指定角度攻击;考虑到导弹带落角约束攻击运动目标时传统... 详细信息

为提高导弹导引精度,增强对落角的控制,针对带倾角运动的目标,推导了攻击运动目标带落角约束的偏置比例导引律。通过在偏置项中加入导弹-目标的相对运动状态,实现对带倾角运动目标指定角度攻击;考虑到导弹带落角约束攻击运动目标时传统剩余飞行时间估计精度不高的问题,通过对弹目碰撞点的预测,在推导的导引律基础上设计了基于预测碰撞点的剩余飞行时间估计方法。仿真结果表明:在不同的落角约束下,设计的基于预测碰撞点的剩余飞行时间估计方法估计精准;推导的攻击运动目标带落角约束的偏置比例导引律攻击精度高,对落角控制强,过载分布合理。

关键词：预测碰撞点运动目标落角约束偏置比例导引律剩余飞行时间

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激光制导炸弹轨迹优化与末制导方法研究

激光制导炸弹轨迹优化与末制导方法研究

作者：胡利峰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着现代战争的日益高科技化和现代军事手段的进一步增强,进攻武器的打击能力不断提高,为提高重要军事目标的防御能力,目前世界各国大量采用了深埋加固等防御措施,目标的抗毁能力显著增强。为使侵彻战斗部能够发挥最大效能,取得最佳毁... 详细信息

随着现代战争的日益高科技化和现代军事手段的进一步增强,进攻武器的打击能力不断提高,为提高重要军事目标的防御能力,目前世界各国大量采用了深埋加固等防御措施,目标的抗毁能力显著增强。为使侵彻战斗部能够发挥最大效能,取得最佳毁伤效果,实际作战中不但要求战斗部能够精确命中目标,还需要满足特定的落角约束。因此航空制导炸弹的制导方案设计必须综合考虑攻击末端对脱靶量、落角等末端弹体姿态及末速的约束要求。针对上述问题,本文在以下几个方面进行了深入研究:首先在制导炸弹滑翔段,将弹道优化方法归结为带有状态约束和控制约束的非线性最优控制问题。通过结合直接打靶法和序列二次规划算法解决滑翔段轨迹优化问题。并且,考虑到优化结果对初始猜想值较为敏感,应用遗传算法对可行解进行迭代求解,得出最优猜测初值。然后为了满足末端的打击角度约束,在经典比例导引基础上附加视线旋转角速度项,设计偏置比例导引律,提升打击效果。为了提升打击精度和落角约束的跟踪精度,应用粒子群优化算法对偏置比例导引律的附加导引系数进行优化。为了避免智能优化算法引入导致的算法复杂性增加,本文设计了基于有限时间高阶滑模算法的末制导律。该制导律由两部分组成:非奇异终端滑模面和广义超螺旋趋近律。非奇异终端滑模面可以在滑模变量等于零的时候驱动状态量在有限时间内收敛于零点,同时避免在普通终端滑模面中普遍存在的奇异问题。广义超螺旋趋近律能够在匹配扰动影响下实现滑模变量的有限时间收敛,相比于传统的一阶趋近律,其控制信号连续,可以有效抑制传统滑模控制中的抖振问题。最终设计得到的有限时间高阶滑模末制导律的参数设计直观、简洁,易于工程调试与实现。相比传统制导律,有限时间高阶滑模制导律的设计参数具有直观的物理意义,便于调试,更有助于工程实现。而且作战脱靶量更小,落角误差精度更高。

关键词：激光制导炸弹滑翔轨迹优化落角约束偏置比例导引律有限时间高阶滑模制导律

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基于深度强化学习的约束末制导律研究

基于深度强化学习的约束末制导律研究

作者：郑成辰四川大学

学位级别：硕士

随着现代战争防御体系和反导技术的不断升级,导弹制导律也面临着新的挑战。在空中作战态势瞬息万变的情况下,传统导引律的制导性能已经无法满足现代空战高精度、高灵活性、高适应性的作战要求。因此,如何根据战场环境和任务目标高效、... 详细信息

随着现代战争防御体系和反导技术的不断升级,导弹制导律也面临着新的挑战。在空中作战态势瞬息万变的情况下,传统导引律的制导性能已经无法满足现代空战高精度、高灵活性、高适应性的作战要求。因此,如何根据战场环境和任务目标高效、准确地生成制导策略成为了当前制导律设计领域的重要研究课题。传统比例导引律在面对角度约束、时间约束等受限条件下的制导问题愈显乏力,而最优制导律在理论上可以解决约束条件下的制导问题,但其形式过于复杂,同时依赖对弹目相对状态的精准感知,在实际作战环境中难以直接应用。近年来深度强化学习技术在决策与控制领域展现出了巨大的优势。相比传统的模型预测控制方法,不依赖于对环境模型的准确分析,通过调取训练后的模型即可快速做出当前态势下的最优决策,适应于解决空空导弹在复杂环境中的制导问题。本文以二维水平空域和三维空域中的空空导弹末制导问题为应用背景,针对两种不同约束条件下的导弹制导任务,基于强化学习中的近端策略优化算法提出了两种偏置比例导引律,拓展了比例导引律的适用范围。主要工作内容如下:(1)针对传统比例导引律无法精准控制导弹末端拦截角的问题,本文基于近端策略优化算法搭建深度强化学习制导模型,通过对模型的训练实现了从弹目相对态势到导弹过载量的映射。首先,针对三维空域中的空空导弹拦截机动目标任务的训练要求,建立以过载为控制量的导弹和无人机运动模型。其次,为加快模型的收敛速度,提出一种基于碰撞点预测的剩余飞行时间估计算法作为状态向量输入神经网络模型。最后,通过仿真对比实验验证了所提出模型的有效性。(2)针对传统比例导引律无法完成多弹时间一致性约束制导的问题,本文利用强化学习算法提出一种多弹时间一致性协同制导方法。首先,根据任务需求,建立二维空域下多弹协同打击的作战环境。其次,提出一种基于皮尔逊相关系数的时间一致性评估方法,作为模型的奖励函数对协同制导结果进行评估。最后,与分布式协同制导律进行仿真对比实验,实验结果证明所提出模型能够解决时间约束下的多弹协同制导问题,且在控制精度与打击效率上也超越了传统方法。(3)针对现有制导仿真环境无法满足导弹制导律研究的需要,设计并开发智能制导仿真系统,利用Rai Sim仿真引擎实现导弹和无人机的状态转移方程,设计导弹制导相关的控制接口,能够支持不同约束条件下的制导任务的训练与验证,为智能制导律的研究提供了关键的仿真支持。首先,根据仿真系统的需求设计开发相应的功能模块。其次,实现智能体与仿真环境的通信交互,提供智能体训练和验证的基础条件。最后,通过仿真可视化界面展示三维空域中所提出算法控制下的导弹飞行轨迹,验证本文所提出的两种偏置制导律的有效性,也同时证明该仿真系统能够支持智能制导律的研究。

关键词：深度强化学习空空导弹比例导引律偏置比例导引律