末制导段导引控制方法研究

论文摘要

本文以反导导弹为背景,针对反导导弹末制导段制导控制要求,对制导控制方法进行如下四个方面的研究:首先,在三维空间内,对导弹目标相对运动学建模方法进行研究。详细推导了三种三维弹目末端非线性相对运动模型,分别为在球坐标系下,圆柱坐标系下和视线随动坐标系下的弹目相对运动模型,并对三种建模方法及模型进行比较。弹目相对运动学建模方法研究在制导理论中的意义重大,模型的复杂程度直接影响到对制导系统的分析与设计,三种方法建立的弹目相对运动学模型均对工程实践具有一定的指导意义。然后,本文在视线随动坐标下建立的三维弹目末端非线性相对运动模型的基础上,对制导律进行探索性研究,设计两种新型的制导律:应用最优控制理论,设计了一种基于状态相关黎卡提方程的次优制导律;结合Lyapunov函数设计了一种具有鲁棒性的零化视线转率的末制导律;此二种制导律导引品质优于通用理想比例制导律。然后,出于工程实际考虑,利用在球坐标系下建立三维弹目非线性相对运动方程,应用滑模变结构理论提出一种应对大机动目标且考虑导弹弹体动态特性的一体化导引控制策略,该策略综合考虑了拦截弹的制导和控制特性,可以有效应对目标大机动的逃逸方式,在不需要控制回路补偿的情况下,仍可取得良好的导引品质;仿真验证了本文所提导引控制策略的有效性,并比较了考虑不同阶次动态特性时的导引品质,为实际工程应用提供了选择依据。按工程实际的要求,论文的最后建立了拦截弹制导控制有关的六自由度全量方程的数学模型和仿真模型,并对侧窗探测条件下的姿态控制规律进行研究;进行末制导段的六自由度数字仿真工作,并采用蒙特卡罗法进行精度分析。仿真结果表明本文所建立的姿、轨控方法能够很好的满足反导导弹高精度、快响应的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 世界反导武器系统现状
• 1.2.2 末制导研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 三维导弹—目标相对运动学建模方法研究
• 2.1 坐标系定义与变量定义
• 2.1.1 坐标系定义
• 2.1.2 变量定义
• 2.2 坐标系之间的转换
• 2.2.1 球面坐标系与地面坐标系的转换关系
• 2.2.2 圆柱坐标系与地面坐标系的转换关系
• 2.2.3 视线随动坐标系与地面坐标系的转换关系
• 2.2.4 弹道坐标系与地面坐标系的转换关系
• 2.3 三维导弹—目标相对运动学建模机理分析
• 2.3.1 球面坐标系下弹目末端相对运动方程的描述
• 2.3.2 圆柱坐标系下弹目末端相对运动方程的描述
• 2.3.3 视线随动坐标系下弹目末端相对运动方程的描述
• 2.3.4 三种导弹—目标相对运动学建模比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 视线随动坐标系下的导引律分析
• 3.1 引言
• 3.2 三维比例导引律
• 3.3 三维最优制导律
• 3.3.1 最优控制理论介绍
• 3.3.2 基于SDRE 方法的制导律设计
• 3.3.3 仿真分析
• 3.3.4 关于SDRE 制导律的几个问题
• 3.4 一种基于零化视线转率的制导律
• 3.4.1 基于零化视线转率制导律设计
• 3.4.2 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 考虑弹体动态特性的导引控制方法设计
• 4.1 引言
• 4.2 弹体动态特性分析
• 4.3 滑模变结构控制理论简介
• 4.4 关于弹体动态特性的制导控制策略的设计
• 4.5 仿真分析
• 4.5.1 二维仿真
• 4.5.2 三维仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 末制导段拦截弹计算机仿真研究
• 5.1 计算机仿真概述
• 5.1.1 仿真方法选择
• 5.1.2 建模与校模
• 5.2 六自由度仿真模型
• 5.2.1 地球模型
• 5.2.2 目标模块
• 5.2.3 导引头模块
• 5.2.4 制导律模块
• 5.2.5 导弹模块
• 5.2.6 姿态控制模块
• 5.2.7 质量模型
• 5.3 仿真程序说明
• 5.4 仿真结果
• 5.5 末制导精度分析
• 5.5.1 模拟打靶方法
• 5.5.2 误差模型
• 5.5.3 模拟打靶结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢