空地导弹制导与控制关键技术研究

论文摘要

本文对电视指令制导空地导弹的制导和控制系统及其作战使用过程相关问题进行了深入的研究,主要内容如下:一、研究了电视指令制导空地导弹有关制导与控制的各个子系统的建模问题。分析了空地导弹捷联惯导系统误差;建立了电视导引头稳定跟踪模型,实现了对导弹姿态角的解耦控制;对人工捕控过程进行了建模;分析了各种光学干扰对电视导引头作用距离的影响。二、用两种不同的控制理论和方法,设计了电视指令制导空地导弹的鲁棒飞行控制系统:1.基于在线神经网络,设计了导弹的自适应动态逆飞行控制系统。采用在线神经网络消除因参数摄动引起的动态逆控制器的求逆误差,并针对导弹作动器的未建模动态对在线神经网络权值调整过程的不利影响,采用伪控制隔离思想改善了存在作动器未建模动态时系统的指令跟踪性能。2.基于回馈递推思想和滑模控制方法,设计了导弹的鲁棒飞行控制系统。针对一类具有未建模动态和外来扰动的多输入多输出不确定非线性系统,用一个RBF神经网络获得未建模动态和外来扰动的估计值,将回馈递推思想与滑模控制相结合,设计了鲁棒控制器;接着将它用于设计电视指令制导空地导弹的飞行控制系统,考虑到需要克服作动器位置饱和、速率饱和因素对系统性能的不利影响,改进了滑动面的符号函数,并采用模糊逻辑实时调整滑动面的斜率。最后,比较了它与神经网络动态逆控制器在导弹气动参数摄动、外来干扰和作动器纯延时条件下的性能。三、根据电视指令制导空地导弹作战飞行过程的特点,将其制导过程分为两个阶段——中制导与末制导,分别进行了研究:1.中制导——根据预先装定的航路点集信息生成实时的航迹角控制指令,再基于逆动力学生成姿态角指令,建立导弹跟随标称航迹的广义误差模型,在此基础上设计了导弹的综合中制导与控制系统。2.末制导——根据电视指令制导空地导弹的弹载设备特点和作战任务,设计了一种通过时变偏置项获得垂直命中目标能力的修正比例末制导律,研究了将它应用于电视指令制导空地导弹的软硬件需求和可行性,并将它与一种实际应用于某型电视指令制导空地导弹的比例积分末制导律进行了比较,验证了它的优良性能。四、基于有限状态机理论分析了电视指令制导空地导弹在电磁干扰条件下的攻击过程,编制了导弹全弹道可视化仿真系统,并选取典型战场与目标环境,采用蒙特卡洛方法进行大量全弹道仿真,研究了导弹的制导精度和作战效能。理论分析与仿真表明,本文设计的导弹鲁棒飞行控制、制导系统以及对于相关内容的研究是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国外空地导弹研制发展情况
• 1.1.2 空地导弹的关键技术
• 1.2 导弹飞行控制系统研究现状
• 1.3 本文主要内容与组织结构
• 1.4 本文的主要贡献
• 第二章 电视指令制导空地导弹制导与控制数学模型研究
• 2.1 导弹运动模型
• 2.2 弹载捷联惯导系统
• 2.2.1 捷联惯导原理
• 2.2.2 捷联惯导误差分析
• 2.3 电视导引头稳定跟踪系统
• 2.4 人在回路的作用及人工捕控过程建模
• 2.4.1 人在回路的作用
• 2.4.2 人工捕控过程建模
• 2.5 电视导引头作用距离分析
• 2.5.1 光学影响因素分析
• 2.5.2 电视导引头的作用距离仿真
• 第三章 导弹鲁棒飞行控制系统设计
• 3.1 基于神经网络动态逆的导弹鲁棒飞行控制系统设计
• 3.1.1 神经网络动态逆控制
• 3.1.2 抑制作动器输入动态的导弹神经网络动态逆控制器
• 3.1.3 本节小结
• 3.2 基于回馈递推与滑模的导弹鲁棒飞行控制系统设计
• 3.2.1 控制器设计
• 3.2.2 导弹鲁棒控制器实现
• 3.3 两种控制系统性能比较
• 第四章 电视指令空地导弹制导系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 导弹中制导系统研究
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 中制导律设计
• 4.3 导弹末制导系统研究
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 末制导律设计
• 4.3.3 可行性
• 4.3.4 仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 电视指令空地导弹全弹道仿真与作战效能研究
• 5.1 引言
• 5.2 电磁干扰对导弹攻击过程的影响
• 5.2.1 有限状态机理论
• 5.2.2 机弹数据链数学模型
• 5.2.3 状态转移表达
• 5.2.4 电磁干扰仿真研究
• 5.3 导弹全弹道三维可视化仿真系统研究
• 5.3.1 仿真系统实现的方法
• 5.3.2 仿真系统结构
• 5.3.3 典型作战条件下的全弹道仿真
• 5.4 导弹武器系统制导精度分析
• 5.4.1 导弹制导精度分析方法
• 5.4.2 导弹制导精度仿真
• 5.5 导弹对目标的毁伤性能研究
• 5.5.1 导弹毁伤性能评估方法
• 5.5.2 目标易损性分析
• 5.5.3 导弹对目标毁伤的分析
• 5.5.4 导弹对目标毁伤的仿真
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间参与的科研项目