文摘gydF4y2Ba

攻击地面目标的制导律提出了基于运动伪装策略。根据导弹和目标之间的相对位置,双二阶动力学模型。导弹制导条件由运动特点的分析给出伪装策略。然后,终端制导律推导出用导弹和目标的相对运动状态和指导。在推导的过程中,三维制导律可以在一个二维平面设计和制导律设计的难度降低。一个二维制导律推导出三维空间将目标机动的估计。最后,模拟该制导律并与纯比例导航。仿真结果表明,该制导律可以应用于空对地导弹。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

比例导航(PN),它有一个简单的形式,实现容易,广泛应用于导弹拦截。经过几十年的发展,比例导航法改进了不同的形式,包括真实比例导航(TPN),纯比例导航(PPN),增强比例导航(APN)和bias-proportional导航(症)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。这些指导法律的终极目标是使视线(LOS)尽可能多的角速率收敛于零。然而,《角速率收敛到零高机动目标是困难的。这个附带的一些固有问题PN指导,如横向加速度奇点在最后时候到目标的距离或时间趋于0gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。传统比例导航法律要求标准和《加速度率比率成正比;偏差制导律是使正常的视线角速率和加速度给一个小偏差项。修改bias-proportional导航处理角约束时变增加两届,但它需要时间去评估和导弹的速度是常数(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

近年来,最优制导律研究集中基于最优控制理论(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。不同形式的制导律可以通过不同的性能指标,如最小脱靶量,最低消费,和的最小时间。在[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba),最优控制规律,为导弹具有任意阶动力学试图攻击固定目标,提出了类似的成本函数和一个固定的坐标系统。该法案实施无延迟的一阶滞后导弹系统。在最优制导律,时间有重大影响甚至指导命令和性能指标。因此,关键的问题是如何准确地估计剩余时间,这样我们可以提高制导律的性能。亨et al。gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]导出最优制导律通过分析框架的一个拦截场景有界的线性二次高斯终端控制问题加速命令。Ratnoo和Ghose用gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]介绍了跟踪滤波器来估计获得相对运动估计的时间。在理想的情况下,最优制导律可以得到一个好的轨迹,但不确定性的弹道性能也许会差(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

因此,变结构控制理论是广泛应用于制导律设计,由于其鲁棒性和简单的算法固有的优势。滑模控制的鲁棒性性质可以容纳目标机动和其他干扰。日本岛(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]给出了倾斜速度追踪制导律,即利用滑模控制理论制定。拖着步子走和BalakrishnangydF4y2Ba14gydF4y2Ba)提出了制导律基于滑动流形和开发一个健壮的二阶滑模控制律采用逐步退焊法的概念。Shtessel和发浑gydF4y2Ba15gydF4y2Ba开发一个集成的自动驾驶仪和指导使用拦截器的高阶滑模控制算法。本法是健壮的目标机动速度命令生成轨道轨迹角率和态度。虽然可以强健滑模目标机动和导弹模型的不确定性,这种制导律有一个缺点,它需要的二阶导数洛杉矶或其他信息的目标gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

运动伪装(MC)理论是在1995年首次提出,Srinivasan和戴维(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]解释昆虫与MC的掠夺战略理论。这种策略可以简单地描述为“捕食者”的过程中追求目标:捕食者伪装本身在一个固定的背景下对象以便观察猎物没有捕食者和固定对象之间的相对运动。因为这种策略有军事价值的应用程序,它被用于航天器交会,无人机(UAV)的航线规划、等等(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。许多学者也研究了拦截指导。Mischiati和KrishnaprasadgydF4y2Ba21gydF4y2Ba]研究运动伪装拦截的动力学模型和收敛性问题。Bakolas和TsiotrasgydF4y2Ba22gydF4y2Ba]研究运动伪装下的制导律的鲁棒性问题相比,二维流场和性能不同的指导法。Justh和KrishnaprasadgydF4y2Ba23gydF4y2BaFrenet]建立了导弹和目标运动模型,给定一个反馈制导律基于伪装运动理论,并证明了制导律可以让视线角速率在有限时间收敛。gydF4y2Ba

提出了一种降维制导律为攻击地面目标伪装策略,基于运动补偿目标机动。首先,导弹的拦截条件来源于运动伪装特征就是通过运动理论的伪装。然后,基于条件的二维制导律设计到三维空间模型。这种降维方法不仅简化了制导律的设计步骤,而且也降低了设计难度。最后,一些模拟进行。仿真结果表明该制导律的有效性。gydF4y2Ba

2。动力学模型gydF4y2Ba

导弹和目标的相对关系如图所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

导弹对目标的相对位移向量是由gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是导弹和目标之间的相对距离。gydF4y2Ba是一个固定的单位向量的视线。区分gydF4y2Ba关于时间的收益率gydF4y2Ba

向量gydF4y2Ba被定义为gydF4y2Ba

单位向量的集合gydF4y2Ba构成了一个参照系。这个框架是一个旋转坐标系统和原点的质心导弹。区分(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)的收益率gydF4y2Ba

显然,相对速度矢量是由径向速度和正常的速度。让gydF4y2Ba和gydF4y2Ba是导弹和目标的机动加速度;他们表达了在旋转坐标系gydF4y2Ba

因此,导弹和目标的相对加速度可以表示为gydF4y2Ba

从上面的公式,我们可以得出一个相对运动的二阶动力学方程gydF4y2Ba

因此,指导问题可以被描述为发现导弹的加速度gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba让gydF4y2Ba在有限时间内收敛到零。gydF4y2Ba

3所示。制导律实现gydF4y2Ba

3.1。迷彩运动理论gydF4y2Ba

运动伪装策略是一种新形式的隐形战略描述了追求者的相对运动关系,目标,和参考点:运动,如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

追求者的路径是由路径控制的控制参数(PCP)gydF4y2Ba作为gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba从参考点的相对距离向量的目标。选中的卡式肺囊虫肺炎和参考点确定的速度和轨迹的曲率所构造的子空间。gydF4y2Ba

如果参考点的位置是一个固定的伪装背景、运动伪装策略类似于三点制导律。如果参考点选择在无穷,它类似于方位不变导航。因此,运动伪装策略三点制导律的特点和方位不变导航。gydF4y2Ba

3.2。基于运动伪装的制导律gydF4y2Ba

让追求者和目标导弹和地面目标,分别。和设置参考点无穷收益率gydF4y2Ba

导弹速度横向组件的基线gydF4y2Ba

同样,目标gydF4y2Ba

相对横向组件gydF4y2Ba

导弹目标系统的运动没有碰撞在一个间隔敌我识别伪装gydF4y2Ba时间间隔。gydF4y2Ba

根据指导问题的最终目标是这样的相对距离收敛于零,我们认为比例如下:gydF4y2Ba

比较的变化率基线长度的绝对速度变化的基线向量。如果基线体验纯粹的延长,那么比假定它的最大值,gydF4y2Ba。如果基线体验纯粹的缩短,那么比假定它的最小值,gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

方程(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba)可以写成gydF4y2Ba

因此,gydF4y2Ba是两个单位向量的点积:一个的方向gydF4y2Ba和其他的方向gydF4y2Ba。根据(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba),大小的平方gydF4y2Ba是gydF4y2Ba

显然,组件的需求的导弹速度等于目标:它可以被转移到gydF4y2Ba。因此,我们的目标是设计一个指导法律保证gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

区分gydF4y2Ba给了gydF4y2Ba

我们定义gydF4y2Ba

使用这个公式gydF4y2Ba和(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),我们计算gydF4y2Ba

然后gydF4y2Ba

用(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)的收益率gydF4y2Ba

从上面的结果可以看出,加速度项gydF4y2Ba已被消灭。因此,我们只设计导弹的切向加速度和法向加速度gydF4y2Ba。根据文献[gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),相对加速度gydF4y2Ba高阶小数量相对于另一个方向的加速度,可以忽略。因此,三维制导律设计的最终任务是给加速度的解析表达式gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

我们给的制导律gydF4y2Ba

和代入(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)gydF4y2Ba

我们假设上下界gydF4y2Ba和gydF4y2Ba存在这样的gydF4y2Ba

拦截过程,导弹和目标的相对速度应满足以下关系:gydF4y2Ba

我们定义gydF4y2Ba

因此gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba,gydF4y2Ba。因此,对于gydF4y2Ba,(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba)成为gydF4y2Ba

很明显,gydF4y2Ba可以了gydF4y2Ba。因此,(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba)可以保证拦截。然而,制导律不可测量的目标加速度信息,只是估计大约。我们假设一个常数gydF4y2Ba存在这样gydF4y2Ba

目标加速度gydF4y2Ba取而代之的是gydF4y2Ba和(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)是由gydF4y2Ba

切换项将导致对加速度喋喋不休的外观效果。消除抖振,可以抵抗符号函数,通常替换gydF4y2Ba用饱和函数表示为gydF4y2Ba

最后可以设计为三维制导律gydF4y2Ba

洛杉矶的制导律只有一个正常的组成部分,所以三维制导律基于运动伪装策略可以直接转换成洛杉矶的旋转平面上。如果目标没有回旋余地,所设计的制导律只需要《率、相对距离,和导弹的速度。该制导律降低检测的困难(没有获取pre-angle信息)与方位不变的方法。同时,它可以确保过载在终端阶段低于比例导航方法,因为该制导律包含相对运动的信息,尽管它需要更多的测量信息。gydF4y2Ba

4所示。模拟gydF4y2Ba

4.1。比较不同的收益gydF4y2Ba

为了验证所设计的制导律的有效性,不同的系数gydF4y2Ba将仿真进行比较。导弹的初始位置和初始速度gydF4y2Ba和gydF4y2Ba。初始位置和初始速度的目标gydF4y2Ba和gydF4y2Ba= 60 m / s。首先,目标移动直线和指导系数是指定为0.5和2。仿真结果如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

从这些数据可以看出,运动的加速度振幅伪装制导律指导系数密切相关。轨迹和超载也指导系数不同而有所差异。因为系数gydF4y2Ba很小,导弹的过载小在最初的阶段,因此不能跟上目标。而当gydF4y2Ba导弹过载大终端的阶段,距离小于小姐。因此,指导系数应选择合理,它可以保证适当的过载的导弹是光滑的,也可以实现一个较小的脱靶量。gydF4y2Ba

4.2。比较不同的指导法gydF4y2Ba

纯比例导航(PPN)选择与该制导律进行比较。的指导系数MCPG PPN 0.5和3,分别。仿真条件没有改变。目标的机动加速度是1gydF4y2BaggydF4y2Ba。仿真结果如图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba10gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

小姐的距离MCPG PPN 0.3254米和0.5851米,分别。在拦截的初始阶段,加速度MCPG大于PPN。然而,MCPG有更快的响应的加速度,导弹可以跟踪机动目标的更好。图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba介绍了洛杉矶的旋转速度和说明MCPG可以抑制率旋转之前击中目标。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba显示的值gydF4y2Ba。请注意,该制导律的趋势gydF4y2Ba−1过程中拦截。的价值gydF4y2Ba总是在波动−1。因此,相对运动满足运动伪装的状态。gydF4y2Ba

根据以上分析,MCPG大过载在最初的阶段,但该制导律能满足需求的快速反应和操纵。gydF4y2Ba

5。结论gydF4y2Ba

本文提出一种三维制导律拦截地面目标,基于运动伪装理论和提出的动态方程。为了提高制导律的鲁棒性,给出了补偿为目标。所设计的制导律不需要太多的测量信息,使它很容易实现。也,其表达式只有一个法向分量的加速度,它可以减少设计过程的难度。根据MCPG和PPN的仿真和比较,结果表明,三维制导律基于运动伪装理论能有效地破坏地面目标。该制导律具有更快的响应加速度和一个较小的加速度在最后一刻。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作是由中国航天科技创新基金会支持下批准号CASC-HIT13-1C03和中国国家自然科学基金批准号11572097。gydF4y2Ba