一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法
【專利摘要】一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法，涉及一種制導(dǎo)控制方法，特別是涉及一種主動防御制導(dǎo)控制方法。為了解決防御導(dǎo)彈過載能力受限的問題。本發(fā)明首先對目標(biāo)、防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈相對運(yùn)動建模，采用視線制導(dǎo)方式為防御導(dǎo)彈設(shè)計(jì)制導(dǎo)律，然后采用非奇異終端滑?？刂苼碓O(shè)計(jì)制導(dǎo)律，對縱向平面和側(cè)向平面分別定義滑模變量為并對其求導(dǎo)，將目標(biāo)、防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈相對運(yùn)動方程帶入并整理后得到縱向平面和側(cè)向平面的制導(dǎo)律和，并按制導(dǎo)律對導(dǎo)彈進(jìn)行控制，本發(fā)明能有效降低防御導(dǎo)彈需用過載。本發(fā)明適用于主動防御制導(dǎo)控制。
【專利說明】一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制導(dǎo)控制方法，特別是涉及一種主動防御制導(dǎo)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著導(dǎo)彈防御系統(tǒng)技術(shù)的完善，彈道導(dǎo)彈突防面臨巨大挑戰(zhàn)。彈道導(dǎo)彈在大氣層 外的中段飛行段由于機(jī)動能力很小，彈道固定容易被導(dǎo)彈防御系統(tǒng)攔截。為了避免被導(dǎo)彈 防御系統(tǒng)攔截，傳統(tǒng)突防的彈道導(dǎo)彈采用了被動逃避的方式，例如電子干擾，隱身技術(shù)，釋 放誘餌，中段制導(dǎo)，多彈頭攻擊和機(jī)動變軌等多種方式。與此相對的是采用主動防御方法， 即彈道導(dǎo)彈釋放防御導(dǎo)彈，之后防御導(dǎo)彈與其伴飛，攔截導(dǎo)彈防御系統(tǒng)發(fā)射的攔截導(dǎo)彈。主 動防御方法也可以結(jié)合以上提到的被動防御方法，進(jìn)一步提高彈道導(dǎo)彈的突防概率。為了 敘述簡便，將突防的彈道導(dǎo)彈稱為目標(biāo)，伴飛的防御導(dǎo)彈稱為防御導(dǎo)彈，導(dǎo)彈防御系統(tǒng)發(fā)射 的攔截目標(biāo)的導(dǎo)彈稱為攔截導(dǎo)彈。整個(gè)制導(dǎo)場景分為攔截導(dǎo)彈攔截目標(biāo)和防御導(dǎo)彈攔截?cái)r 截導(dǎo)彈。在導(dǎo)彈末制導(dǎo)技術(shù)中，應(yīng)用最廣的是基于零化視線角速率的PN制導(dǎo)律。但是使用 PN制導(dǎo)律的防御導(dǎo)彈要成功攔截機(jī)動目標(biāo)需要很大的過載能力?；ㄎ幕热嗽凇讹w行力 學(xué)》，2012年第1期"主動防御協(xié)同自適應(yīng)滑模制導(dǎo)律"提出了一種飛機(jī)防御的制導(dǎo)律。采 用了傳統(tǒng)滑?？刂品椒?。飛機(jī)防御問題屬于大氣層內(nèi)制導(dǎo)問題，防御導(dǎo)彈需用過載大，這和 大氣層外防御導(dǎo)彈機(jī)動過載能力較小不同，作者并未驗(yàn)證其制導(dǎo)律是否能直接應(yīng)用到大氣 層外的彈道導(dǎo)彈防御場景中。針對以上方法存在的問題，需要設(shè)計(jì)一種能降低防御導(dǎo)彈需 用過載的魯棒的制導(dǎo)律。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決防御導(dǎo)彈過載能力受限的問題，進(jìn)而提出了一種基于視線的有限 時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法。
[0004] 一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法，包括下述步驟：
[0005] 步驟1 :攔截導(dǎo)彈-目標(biāo)和防御導(dǎo)彈-攔截導(dǎo)彈相對運(yùn)動建模：
[0006] 目標(biāo)、防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈的速度用Vt，Vd和Vm表示；假設(shè)攔截導(dǎo)彈和防御導(dǎo)彈的 控制均可解耦為縱向平面和側(cè)向平面獨(dú)立制導(dǎo)；
[0007] 攔截導(dǎo)彈和目標(biāo)的相對運(yùn)動方程建模為：

【權(quán)利要求】
I. 一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法，其特征在于包括下述步驟： 步驟1;攔截導(dǎo)彈-目標(biāo)和防御導(dǎo)彈-攔截導(dǎo)彈相對運(yùn)動建模： 目標(biāo)、防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈的速度用Vt, Vd和Vm表示；假設(shè)攔截導(dǎo)彈和防御導(dǎo)彈的控制 均可解禪為縱向平面和側(cè)向平面獨(dú)立制導(dǎo)； 攔截導(dǎo)彈和目標(biāo)的相對運(yùn)動方程建模為：
其中，R^t為攔截導(dǎo)彈和目標(biāo)的距離，吃,,為的一階導(dǎo)數(shù)；和Qemt分別為攔截導(dǎo) 彈-目標(biāo)的視線高低角和方位角，相應(yīng)的視線角速度為知W和如W ; Ciw和如《分別為攔截導(dǎo) 彈-目標(biāo)的視線高低角和方位角的二階導(dǎo)數(shù)；Wfg.和\,分別為目標(biāo)加速度在攔截導(dǎo)彈-目 標(biāo)視線坐標(biāo)系下垂直視線的分量；和Wmw分別為攔截導(dǎo)彈加速度在攔截導(dǎo)彈-目標(biāo)視 線坐標(biāo)系下垂直視線的分量； 防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈相對運(yùn)動建模為：
其中，Rdm為防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈的距離，也"為的一階導(dǎo)數(shù)；式中9￡<1。和90<^分別 為防御導(dǎo)彈-攔截導(dǎo)彈的視線高低角和方位角，相應(yīng)視線角速度為如和知dm;和如 分別為防御導(dǎo)彈-攔截導(dǎo)彈的視線高低角和方位角的二階導(dǎo)數(shù)；"dg。巧^^分別為防御導(dǎo) 彈加速度在防御導(dǎo)彈-攔截導(dǎo)彈視線坐標(biāo)系下垂直視線的分量；和Ww;,,分別為攔截導(dǎo) 彈加速度在防御導(dǎo)彈-攔截導(dǎo)彈視線坐標(biāo)系下垂直視線的分量； 步驟2 ;視線制導(dǎo)方式建模： 采用視線制導(dǎo)方式為防御導(dǎo)彈設(shè)計(jì)制導(dǎo)律；視線制導(dǎo)滿足如下等式 Q E dm - Q E mt) dm - 巧) 句uhn =-勾sn't，句即m二句的't (6) 定義防御導(dǎo)彈對攔截導(dǎo)彈的視線角和視線角速度誤差為： \=<h出,'韋 q"?n X民=qpdm - q護(hù)口) X占：=來油"+扣加，Xa =知油-知。" 腳 其中足2 =?,，X& =X巧；

步驟3 ;定義滑模變量： 采用非奇異終端滑?？刂苼碓O(shè)計(jì)制導(dǎo)律；對縱向平面和側(cè)向平面分別定義滑模變量為 O 1和O 2,表達(dá)式如下 巧=A.培+.r.,1 (9) 口:二知廣+ .、> (10) 其中，a。a 2是兩個(gè)常數(shù)，a 1和a 2均為兩個(gè)正奇數(shù)的商且滿足1< a 1<2, K a 2<2 ; 目。目2是兩個(gè)常數(shù)，目1〉〇,目2〉〇 ; 對公式（9)和（10)求導(dǎo)得到滑模變量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)為 Cii = Aa祐 1 (史,,,"+ 私'")+ 疋-2 (… &2 = {jifidm ^ '4fimt ) + (12) 將相對運(yùn)動方程（1)，（2)，（3)和（4)代入式（11)和（12)整理得
其中V -爭Xe和％, ;在制導(dǎo)過程中內(nèi)有Rmt - ;所 A W/ 化 mt 設(shè)計(jì)的制導(dǎo)律使得目標(biāo)、防御導(dǎo)彈和攔截導(dǎo)彈在一條直線上，有如下關(guān)系和 步驟4 ;設(shè)計(jì)制導(dǎo)律并按制導(dǎo)律對導(dǎo)彈進(jìn)行控制： 1^<和是有限的值，設(shè)I ^ 和I ^ ，Ml、M2為常數(shù)；Mi、M2大于零，小于等 于攔截導(dǎo)彈最大過載能力；假定目標(biāo)的機(jī)動可W忽略不計(jì)； 縱向平面和側(cè)向平面的制導(dǎo)律分別設(shè)計(jì)如下
其中切換項(xiàng)增益P i〉Mi，P 2〉M2 ;sign( ?)是符號函數(shù)； 按制導(dǎo)律（15) (16)對導(dǎo)彈進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法，其特 征在于，步驟3中的巧=馬="^。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法，

其特征在于，步驟3中的目1二02 = 40。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于視線的有限時(shí)間收斂主動防御制導(dǎo)控制方法，其特 征在于，步驟 4 中 0<Mi<100、0<M2<100。
【文檔編號】G06F17/50GK104266546SQ201410486097
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】鄒昕光, 周荻, 孟克子, 孫佳玥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)