多导弹协同制导及编队飞行控制方法研究

论文摘要

弹道导弹作为一种战略性进攻武器,其载荷大,末段速度高,且可携带多弹头进行攻击。因此,它在现代战争中扮演着极其重要的角色,常作为大国间战争的撒手锏武器使用。随着弹道导弹技术的发展,对弹道导弹的防御难度也越来越大,尤其对多弹头弹道导弹的拦截,因此要想对弹道导弹进行有效的拦截,必须采用多导弹协同的方式进行拦截,而对多导弹的有效控制必须研究多导弹的编队飞行问题。本文以拦截多弹头的弹道导弹为研究背景,给出了几种常用的坐标系,并给出了中制导和末制导过程中拦截器和弹道导弹的运动模型。在中制导的过程中,研究了大气层外飞行器轨道的描述参数,以椭圆轨道为例研究了几种常见的轨道转移类型,确定了弹道导弹可能的进攻弹道,根据选择的拦截点计算出预警时间和相应的转移轨道参数。然后采用基于Lambert导引的速度增益制导律将拦截器送入轨道,当弹道导弹和拦截器的相对距离进入到拦截器导引头的探测范围时切换到末制导。在末制导过程中,拦截器采用自适应滑模制导律,以视线角速率的大小作为协同制导的依据对多目标进行拦截。仿真结果表明选择的制导律和协同制导规则可以对目标进行有效拦截。另外,本文还对末制导过程中多导弹编队飞行控制问题和多导弹间避免碰撞问题进行了研究,从理论上给出了一种避免碰撞的方法。针对导弹编队飞行问题建立了导弹编队的模型,设计了相应的PI控制器。仿真结果表明设计的控制器能够有效的控制多导弹的队形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多导弹协同制导及编队飞行概述
• 1.2 多导弹协同制导及编队飞行研究背景及意义
• 1.3 国内外多导弹协同制导及编队飞行研究现状及分析
• 1.4 弹道导弹拦截的主要技术
• 1.5 本文的主要研究工作
• 第2章 弹道导弹拦截方法
• 2.1 中制导常用坐标系及其转换关系
• 2.1.1 常用坐标系
• 2.1.2 坐标系之间的转换关系
• 2.2 外层空间飞行器轨道参数描述
• 2.2.1 飞行器轨道要素
• 2.2.2 椭圆轨道参数
• 2.2.3 速度矢量在轨道坐标系下的分量
• 2.2.4 轨道转移类型
• 2.2.5 Lagrange时间转移方程
• 2.3 Lambert制导律简介
• 2.3.1 Lambert导引
• 2.3.2 速度增益制导
• 2.4 拦截弧段满足的条件
• 2.4.1 能量条件
• 2.4.2 时间条件
• 2.5 Lambert制导轨道平面的确定方法
• 2.6 弹道导弹拦截过程仿真
• 2.6.1 弹道导弹进攻弹道的确定
• 2.6.2 拦截点的确定方法及制导过程仿真
• 2.7 本章小结
• 第3章 多导弹协同制导原则和避免碰撞方法
• 3.1 末制导常用坐标系及其转换关系
• 3.1.1 常用坐标系
• 3.1.2 坐标系之间的转换关系
• 3.2 末制导过程中拦截器和目标的运动模型
• 3.2.1 拦截器和目标相对运动模型及视线角速率计算方法
• 3.2.2 拦截器质心运动方程和姿态运动方程
• 3.2.3 目标质心运动方程
• 3.2.4 几何关系方程
• 3.2.5 重力加速度计算方法
• 3.2.6 导弹质量计算方法
• 3.3 自适应滑模制导律（ASMG）的推导
• 3.3.1 目标—导弹相对运动的数学描述
• 3.3.2 ASMG的推导
• 3.4 末制导仿真
• 3.5 多导弹协同制导原则
• 3.6 多导弹拦截多目标过程中避免相互碰撞问题
• 3.7 本章小结
• 第4章 多导弹编队飞行控制方法
• 4.1 主从式编队飞行模型
• 4.2 PI控制器设计
• 4.3 编队飞行控制仿真
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢