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助推段轨迹预报及拦截制导方法研究

助推段轨迹预报及拦截制导方法研究

作者：周雨轩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在弹道导弹助推过程中，其尾焰较大易于探测跟踪，相对于中末段速度较低，且头体尚未分离体积较大易于打击，同时不存在机动变轨、多弹头分导、诱饵诱骗的过程，故弹道导弹助推段拦截具有极高的军事战略意义。本文重点研究了弹道导弹助... 详细信息

在弹道导弹助推过程中，其尾焰较大易于探测跟踪，相对于中末段速度较低，且头体尚未分离体积较大易于打击，同时不存在机动变轨、多弹头分导、诱饵诱骗的过程，故弹道导弹助推段拦截具有极高的军事战略意义。本文重点研究了弹道导弹助推段的轨迹预报及反弹道导弹助推段拦截的制导问题。　　首先定义了拦截过程中常用的坐标系及其转换关系，并研究了拦截弹的受力情况，在发射系坐标下建立了导弹质心运动方程，同时对弹目相对运动进行了研究，最后结合助推段拦截特点，参考国内外现有的拦截弹资料，给出了拦截弹模型。　　针对弹道导弹助推段进行了目标轨迹预报方法研究。首先对弹道导弹助推段弹道设计方法进行研究，考虑拦截窗口问题，选用烈火-3中程弹道导弹作为典型目标获得了典型目标轨迹，并在此基础上分析助推段弹道特性，基于函数拟合法对射程和高度进行了预报，进一步建立助推段数据样本库，利用 BP 神经网络对预报误差进行了修正，最终得到了精度较高的助推段智能轨迹预报方法。　　针对空基助推段拦截制导方法开展研究，包括初、中、末制导方法的研究。首先针对助推段拦截特点，生成标称弹道族，基于目标预测弹道和空基拦截弹射表快速装订发射诸元，并通过匹配射表获得剩余飞行时间的预估值;其次，为使拦截弹构建良好中末交接态势从而减小末制导压力，基于预测命中点和剩余飞行时间估计值，将中制导问题转化为固定时间两点边值二体问题，通过迭代半通径大小求解待增速度进而生成制导指令;最后，为估计目标的加速度，采用自抗扰制导律，对目标机动和系统非线性等不确定因素进行观测和动态补偿，使视线角速度快速趋于零。　　最后对本文提出的助推段目标轨迹预报方法和助推段拦截制导方法进行了仿真验证，分析了仿真结果，验证了所提方法的可行性。

关键词：弹道导弹助推段轨迹预报拦截制导

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基于博弈论的拦截制导问题研究

基于博弈论的拦截制导问题研究

作者：孙传鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着现代军事技术的迅速发展，考虑日益复杂的空中作战环境，以及更加智能化的机动目标，飞行器拦截制导问题的研究正在面临着严峻的挑战。如何设计一种新的导引策略，使得拦截器对于目标的机动具有一定的鲁棒性，并提高飞行器拦截机动... 详细信息

随着现代军事技术的迅速发展，考虑日益复杂的空中作战环境，以及更加智能化的机动目标，飞行器拦截制导问题的研究正在面临着严峻的挑战。如何设计一种新的导引策略，使得拦截器对于目标的机动具有一定的鲁棒性，并提高飞行器拦截机动目标的概率，成为了解决这一问题的关键。本文以机动目标的拦截为研究背景，结合矩阵对策与动态博弈理论，提出了一种运用博弈理论设计拦截器制导策略的新方法。主要研究内容分为以下四个方面：首先，建立了拦截器与目标的运动学模型。其中包括单飞行器拦截目标与多飞行器协同拦截目标。本文中，不需要将拦截器与目标的相对运动方程线性化，而是研究系统的非线性微分方程，并最终转化为非线性状态方程形式。其次，建立了末制导问题的博弈模型。同样包括单飞行器拦截目标与多飞行器协同拦截目标。结合矩阵对策与动态博弈理论，将末制导问题转化为二人竞争博弈模型。通过策略的选取，将目标的规避策略用有限种机动形式的线性组合表示;再通过选取适当的收益函数，建立了末制导问题的动态博弈模型。再次，研究了基于博弈论的飞行器制导律设计。此处，以单飞行器拦截目标为背景，借鉴滚动时域控制的思想，求取了该动态博弈模型的均衡解。由此求得的拦截器制导策略为分段的切换策略形式的导引律。通过二维仿真实验，验证了该导引律的有效性。最后，研究了基于博弈论的多飞行器协同制导策略。本策略适用于多飞行器协同拦截情况，将多飞行器之间的合作关系考虑为各自的导引律组合形式。同样基于滚动时域控制方法，求得了多飞行器协同拦截策略。通过二维仿真实验，说明了该策略的有效性。

关键词：拦截制导矩阵对策动态博弈

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基于自学习微分对策的导弹拦截制导律研究

基于自学习微分对策的导弹拦截制导律研究

作者：陈必露南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着各国军备竞争的不断加剧,现代高精度制导武器凭借其长射程、智能化、信息化等特征成为了战场上实现目标拦截的主要装备。但是,导弹等高精度武器本身的耦合非线性、战场环境的不确定性以及当下拦截目标的强机动性等特点,对导弹制导... 详细信息

随着各国军备竞争的不断加剧,现代高精度制导武器凭借其长射程、智能化、信息化等特征成为了战场上实现目标拦截的主要装备。但是,导弹等高精度武器本身的耦合非线性、战场环境的不确定性以及当下拦截目标的强机动性等特点,对导弹制导律的设计研究提出了新的挑战。因此,考虑到导弹拦截制导问题本质上是双方或多方的冲突/合作问题,本文基于微分对策理论建立数学模型来描述导弹拦截过程中进攻方和防御方的对策活动,结合滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)理论和自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming,ADP)算法针对不同的导弹-目标攻防场景提出了一类新型的自学习微分对策拦截制导律。具体研究内容如下:(1)考虑单枚导弹的控制过程,针对导弹纵向通道受不确定干扰影响进行研究,设计了一种复合控制方案。首先,基于导弹与干扰的微分对策模型,选取超螺旋干扰观测器(super-twisting disturbance observer,STDO)估计匹配干扰,并设计滑模控制器,补偿该干扰产生的影响。随后,结合ADP算法,设计评价网络在线求解自适应最优控制器来抑制非匹配干扰。另外,利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性和评价网络权值的收敛性。最后,对导弹纵向动力学进行建模仿真,验证了所提复合控制策略的有效性。(2)考虑输入受限和匹配干扰约束下的导弹-目标拦截制导问题,分别将导弹和目标视作参与对策活动的进攻方和防守方,在此基础上建立非线性微分对策模型并处理存在的输入受限等多约束问题。首先,通过STDO估计匹配干扰并设计积分滑模控制器对干扰进行补偿。其次,结合微分对策理论和ADP算法,设计评价网络来求解微分对策控制器。利用Lyapunov稳定性理论证明了所提的控制策略保证了闭环系统和评价神经网络的稳定性。最后,对导弹-目标拦截系统进行建模仿真,验证了设计的复合控制策略的有效性。(3)考虑目标遭遇敌方进攻导弹攻击时释放一枚防卫导弹对其进行反拦截所形成的三方导弹对抗场景,研究一种三体对抗主动防御制导律设计方法。通过选取对抗过程中的距离变量作为系统状态,建立三方导弹主动防御模型以保证防卫弹在目标被击中前成功拦截进攻弹。首先,利用Backstepping控制方法设计相应的跟踪控制输入将主动防御问题转化为微分对策控制问题。其次,基于ADP算法构建评价网络,使用该网络的在线输出逼近最优评价函数并求解微分对策控制器。最后,对防卫弹-目标弹-进攻弹的三方导弹对抗场景进行仿真分析,验证了上述Backstepping控制器和微分对策控制器构成的复合控制策略的有效性。

关键词：拦截制导自学习微分对策超螺旋干扰观测器积分滑模控制自适应动态规划输入受限主动防御

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二对二场景下主动防御飞行器拦截制导研究

二对二场景下主动防御飞行器拦截制导研究

中国力学大会（CCTAM2019）

作者：梁海朝王剑颖李智中山大学航空航天学院

研究了二对二场景下针对具有主动防御能力飞行器的拦截制导问题,场景中有四位成员,分别是拦截器,保护装置,目标飞行器与主动防御装置。基于线性二次型微分对策博弈理论,提出了一种博弈拦截制导策略,通过将系统方程转化为黎卡提微分方程... 详细信息

研究了二对二场景下针对具有主动防御能力飞行器的拦截制导问题,场景中有四位成员,分别是拦截器,保护装置,目标飞行器与主动防御装置。基于线性二次型微分对策博弈理论,提出了一种博弈拦截制导策略,通过将系统方程转化为黎卡提微分方程的形式并进行数值求解,得到制导策略的数学表达形式。考虑了拦截过程中拦截器的燃料消耗并避免了传统标准微分对策制导中控制溢出和信号颤振的问题,并通过非线性数学仿真验证了所提出制导策略的有效性。

关键词：攻防博弈主动防御线性二次型拦截制导

来源： cnki会议评论

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采用高抛弹道的反临拦截器制导律设计

计算机测量与控制 2018年第8期26卷 114-118页

作者：杨佳尉建利闫杰西北工业大学航天学院飞行控制研究所西安710072

针对临近空间高超声速巡航飞行器拦截所面临的制导策略,由于相对速度极快,机动能力、速度均不占优势,因此需要进行高精度的中、末制导研究;在合理假设的基础上,建立了相对运动的数学模型,为了给末制导预留足够的机动过载,创新地提出了... 详细信息

针对临近空间高超声速巡航飞行器拦截所面临的制导策略,由于相对速度极快,机动能力、速度均不占优势,因此需要进行高精度的中、末制导研究;在合理假设的基础上,建立了相对运动的数学模型,为了给末制导预留足够的机动过载,创新地提出了采用高抛弹道拦截的设计思路,根据不同的制导段飞行性能指标要求设计高抛弹道的复合制导律:初制导形成了一个初始抛射角,将拦截器抛射到较高的空域;中制导采用比例导引法,根据目标信息修正弹道倾角;末制导采用修正比例导引法,完成末段拦截的任务;为了保证各个制导律的平滑过渡,分别应用一次函数平滑算子和二阶平滑的三角函数平滑算子进行交接,针对临近空间高超声速巡航飞行器的弹道特征和机动性能,并对目标不同机动模式的拦截效果进行分析,仿真结果表明,所设计的制导方法能够对临近空间高超声速飞行器进行有效拦截,且制导律算法简单,有利于工程实现。

关键词：高抛弹道临近空间飞行器拦截制导

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拦截高超声速滑翔飞行器:制导进展与展望

宇航学报 2024年第6期45卷 799-814页

作者：陈文雪胡玉东高长生荆武兴安若铭哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空... 详细信息

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空间拦截系统面对高超声速滑翔飞行器时存在的瓶颈进行探讨,并对中制导离线弹道生成与在线弹道生成、中末制导交班及末制导等关键技术相关研究进展进行梳理与总结;最后,结合当前研究进展、面临的挑战及未来临近空间拦截需求,研究分析临近空间拦截制导技术的发展趋势,为后续防御系统的发展提供参考。

关键词：临近空间拦截制导高超声速飞行器高动态机动目标防御技术

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拦截高速机动目标的非线性自抗扰制导律

控制理论与应用 2023年第5期40卷 942-948页

作者：马鹏娟赵志良陈森郭杨陕西师范大学数学与统计学院陕西西安710110 火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025

为实现导弹对目标的高精度拦截,本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法.首先,提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动.其次,设计了基于非... 详细信息

为实现导弹对目标的高精度拦截,本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法.首先,提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动.其次,设计了基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰三维制导律对总扰动进行补偿,该制导律克服了高阶非线性项与强耦合项等不利因素的影响,提高了拦截制导精度.本文通过分析误差系统的动力学行为证明了闭环制导系统的稳定性和收敛性.本文提出的方法在拦截精度等方面优于已有的基于线性扩张状态观测器和基于fal函数的扩张状态观测器的自抗扰制导方法.仿真结果验证了本文所提出方法的有效性和优越性.

关键词：拦截制导非线性自抗扰控制扩张状态观测器

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基于强化学习的拦截机动目标制导律研究

基于强化学习的拦截机动目标制导律研究

作者：白志会国防科技大学

学位级别：硕士

对拦截机动目标而言,比例导引律存在理论上的缺陷,它不能保证视线的平稳。最优制导律虽在理论上可以实现零脱靶量,但这种制导律形式过于复杂,且需要精确已知弹目相对距离、相对速度以及目标加速度等信息。本文首先对一般的现实真比例导... 详细信息

对拦截机动目标而言,比例导引律存在理论上的缺陷,它不能保证视线的平稳。最优制导律虽在理论上可以实现零脱靶量,但这种制导律形式过于复杂,且需要精确已知弹目相对距离、相对速度以及目标加速度等信息。本文首先对一般的现实真比例导引律（RTPN）拦截机动目标的捕获区域进行理论分析;然后基于强化学习中两种典型算法深度Q学习（DQN）和深度确定性策略梯度（DDPG）,提出两种只需视线角及视线角速率信息的强化学习制导律,可保证对具有一定机动能力的目标进行拦截。具体研究内容如下:推导了RTPN拦截机动目标的捕获区域。首先基于类李雅普诺夫方法,推导了RTPN指令加速度的上界;其次考虑拦截器存在机动过载饱和限制时,推导了比例导引系数N的合理选择范围;然后基于不等式分析方法,分别推导了在不考虑和考虑拦截器过载限制时RTPN对任意机动目标的拦截捕获区域;最后设计典型算例验证捕获区相关结论。提出了基于DQN算法的强化学习制导律。针对常值机动的制导控制方式,首先在拦截环境中设计连续状态空间、离散动作空间以及高斯型奖励函数;其次基于Tensorflow机器学习环境搭建DQN算法智能体并在拦截仿真环境中训练与优化算法;然后将训练生成的制导模型在典型算例下与RTPN进行仿真对比,结果表明DQN制导律能实现对一定机动能力的目标进行拦截,且比RTPN具有更好的拦截制导性能。提出了基于DDPG算法的强化学习制导律。针对连续机动的制导控制方式,首先在拦截环境中设计连续状态空间、连续动作空间以及高斯型奖励函数;其次基于Tensorflow机器学习环境搭建DDPG算法智能体并在拦截仿真环境中训练与优化算法;然后将训练生成的制导模型在典型算例下与RTPN进行仿真对比,结果表明DDPG制导律能实现对一定机动能力的目标进行拦截,且比RTPN具有更好的拦截制导性能。本文针对一般的空间拦截问题,借鉴经典的比例导引制导思想,结合深度强化学习的感知与决策能力,分别提出了两种强化学习制导律,一种用于常值机动,另外一种用于连续机动。两种强化学习制导律均只需要目标与拦截器之间的视线角以及视线角速率信息,且相比于一般的比例导引律具有更好的制导性能。

关键词：拦截制导现实真比例导引律强化学习 DQN制导律 DDPG制导律