空空导弹智能化制导律及仿真研究

论文摘要

本文围绕空空导弹三维中制导律、三维末制导律、中末制导交接班、指令跟随控制律及空对空攻击三维视景仿真这几个方面展开了一系列的研究工作:首先基于奇异摄动控制方法和神经网络智能化方法研究了空空导弹中制导的设计问题。在合理假设的基础上,推导了空空导弹模型、目标典型机动模型及弹目三维追逃模型。依据奇异摄动理论,将中制导控制系统分成快慢两个回路,并分别设计了慢回路最优控制器和快回路两边界控制器,进而得到奇异摄动中制导律。考虑到在缺少或丢失目标信息的情况下空空导弹的中制导问题,研究设计了神经网络中制导律,实现了空空导弹“发射后不管”性能的要求。其次对空空导弹的三维末制导律进行了研究。针对空战中大多数目标都具备机动能力的战场实际,在平行接近法的基础上,结合回馈递推控制方法,提出了一种新型的三维末制导律;利用模糊逼近原理设计了自适应模糊控制器进行了误差补偿,仿真结果表明,所提出的三维基于回馈递推理论的模糊自适应制导律是有效的,且在目标机动情况下比比例制导律有着更强的鲁棒性和适应性。接着研究了空空导弹中末制导的交接班问题。主要内容包括中末制导导引头交接班和弹道的平滑过渡两个方面。解决中末制导交接班的导引头交班航路规划问题,主要是根据中制导方法确定预测拦截点、交接班时刻、导引头初始预偏角和导弹最佳飞行航向等。为了使中末制导交接班弹道平滑过渡,设计了中末制导交接班过程的自适应弹道交接算法,并进行了全弹道仿真实现。随后研究了空空导弹的控制律。基于回馈递推控制控制方法和神经网络理论,重点研究了空空导弹的角度指令跟随和系统稳定问题,分析了参数浮动和建模不确定对系统的影响,并给出了基于在线神经网络的回馈递推控制律,仿真结果表明了它的有效性。最后在Windows平台上基于虚拟仿真软件MultiGen Creator、Vega和VC++研究了对地攻击三维视景仿真,生动演示了导弹攻击地面目标的全过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景、目的和意义
• 1.3 本课题的国内外研究现状
• 1.3.1 空空导弹的国内外研究现状
• 1.3.2 空空导弹的制导律、控制律研究现状
• 1.3.3 导弹智能化控制的国内外研究现状
• 1.4 课题研究中所涉及的关键技术
• 1.5 本文研究内容概要
• 1.6 本章小结
• 第二章 空空导弹智能化中制导律研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 空空导弹中制导的性能要求
• 2.1.2 空空导弹中制导的选取
• 2.2 空空导弹仿真模型
• 2.3 目标仿真模型
• 2.4 弹目三维追逃模型
• 2.5 空空导弹奇异摄动中制导律
• 2.5.1 最小能量慢变控制器设计
• 2.5.2 两边界层快变控制器设计
• 2.5.3 奇异摄动最优中制导分析
• 2.6 基于神经网络的空空导弹中制导
• 2.6.1 Elman 神经网络
• 2.6.2 神经网络的中制导律设计
• 2.7 仿真结果及分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 空空导弹智能化末制导律研究
• 3.1 引言
• 3.2 空空导弹末制导模型
• 3.3 空空导弹三维末制导律
• 3.3.1 三维比例末制导律
• 3.3.2 基于回馈递推方法的三维末制导律
• 3.4 模糊自适应在线补偿器设计
• 3.4.1 模糊自适应理论
• 3.4.2 在线补偿器设计
• 3.5 误差有界性及闭环稳定性分析
• 3.6 仿真结果及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 空空导弹中末制导交接班分析
• 4.1 引言
• 4.1.1 中末段导引头交接班
• 4.1.2 中末段弹道交接班
• 4.1.3 影响中末段交接班的因素
• 4.2 空空导弹中末制导导引头交接班策略
• 4.2.1 理想交接模型和交接策略
• 4.2.2 航向选择模型和交接策略
• 4.2.3 中制导到末制导的准许截获条件
• 4.3 空空导弹中末制导弹道交接班策略
• 4.4 全弹道仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 空空导弹智能化控制律研究
• 5.1 引言
• 5.2 空空导弹的非线性数学模型
• 5.3 空空导弹的非线性控制模型
• 5.3.1 仿射非线性控制模型
• 5.3.2 不确定型非线性模型
• 5.4 基于回馈递推控制理论的控制律设计
• 5.5 自适应神经网络补偿器设计
• 5.5.1 自适应神经网络理论
• 5.5.2 在线补偿器设计
• 5.6 误差有界性及闭环稳定性分析
• 5.7 仿真结果及分析
• 5.8 本章小结
• 第六章空空导弹可视化仿真研究
• 6.1 引言
• 6.1.1 MultiGen Creator 简介
• 6.1.2 Vega 简介
• 6.2 基于API 函数的视景仿真系统设计
• 6.2.1 实体模型及地形的建立
• 6.2.2 视景的管理与驱动
• 6.3 导弹攻击可视化仿真的实现
• 6.3.1 情景描述
• 6.3.2 利用Creator 建立导弹和目标的三维模型
• 6.3.3 导弹攻击目标的三维视景效果
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要工作及贡献
• 7.2 不足之处与进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录