文摘

提出了一个统一的比例导航指导(UPNG)方法来缓解指导命令跳跃的影响角度约束条件下的实时车辆和目标之间的距离(视距(LOS)距离)。首先,基于偏置比例导航指导(BPNG) smooth-biased比例导航指导(SBPNG)方法,提出了设计的偏差作为三角函数。在SBPNG方法中,由于连续平滑变化的偏见,指导命令将不再急变,影响角偏差积分控制的组件。其次,偏见SBPNG方法,比例导航指导(UPNG)方法结合SBPNG和变系数比例导航指导(VCPNG)成立。在UPNG方法中,因为没有洛杉矶距离,指导设计的函数系数预期之间的差异影响角和角估计的影响,因此影响角的闭环控制实现。最后,大量的仿真实验在不同的指导进行法律没有实时洛杉矶距离。结果验证UPNG方法提出解决问题的有效指导命令跳跃角控制和具有更好的鲁棒性的影响。

1。介绍

指导法律分为古典指导和现代指导法律起着关键作用的精确制导武器的发展。经典指导法律所代表的跟踪方法(1),并行方法方法(2),比例导航指导方法等。3- - - - - -5]。跟踪方法和并行方式方法可以分为PNG方法(6]。作为古典指导法律,PNG方法已经广泛应用于工程实践(7),由于其结构简单,容易实现,更少的信息,需要连续轨迹,制导精度高,机动目标的适用性,其他可取的素质8]。然而,纯比例导航指导(PPNG)不能满足角约束的影响。为了解决这个问题,两种类型的方法,BPNG VCPNG,提出实现角约束的影响。

金等人开创的应用最优BPNG角约束的影响,与偏见术语作为洛杉矶距离的函数(9]。之后,一些学者设计偏差项作为时间的函数(10,11]。在[12],BPNG结合凸优化解决火箭垂直软着陆的问题与影响角约束。李等人认为视场角约束和设计制导律满足影响角约束的基础上,跟踪法和PNG法(13]。张等人采用开关控制逻辑和基础上添加了一个偏见开关BPNG方法影响角约束确保寻的器的视场内的目标是(14]。金等人提出了制导律可以控制时间限制条件下通过调整系数影响的视场角。和影响角度约束满足通过滑模控制方法(15]。实时洛杉矶距离或时间去上面提到的方法是必要的。实时获得的时间也是洛杉矶的距离。但是,对于大多数精确制导弹药(比如基于红外和激光制导),他们的人不能提供洛杉矶距离的信息。研究已经证明,一旦时间估计不准确,这样指导法律影响角约束的能力将大幅下降16,17]。因此,迫切需要有一个制导律具有影响角约束,不需要《距离或时间。

er Ozgoren和er Merttopcuoglu提议BPNG法律没有时间去或洛杉矶距离信息18,19]。通过深入研究偏差积分组件之间的关系和影响角度,er和Merttopcuoglu和太阳等人控制偏差积分组件,从而实现影响角控制20.,21]。Ratnoo提出两级VCPNG和验证的有效控制影响角度通过大量的模拟22]。Tekin和er提出一个两阶段PNG实现视场角约束、过载约束,约束和影响角度,PNG的系数是设计为导引头的最大视场角的函数,最大过载,预计影响角(23]。Ratnoo Ghose用也延长了两级BPNG方法进行全向攻击移动目标(24]。小王学习偏差积分组件之间的关系和影响的角度,取得精确控制角的影响,严格控制的持续时间偏差(25]。Ratnoo不同尺度下研究了弹道特性系数,实现精确控制的角度通过调整系数在不同阶段的影响和指导参数的开关时间26]。大多数提到的方法是两级指导方法,包括指导命令跳跃之前和之后的第一阶段。他们几乎都属于开环控制角约束的影响。因此,这是一个值得研究的问题实现闭环控制的影响角度没有实时洛杉矶距离同时确保指导命令不跳舞。

解决超载问题的命令跳跃,周等人提出了一个非线性扩张状态观测器来估计系统的不可测的干扰和避免指导命令跳跃通过补偿系统(27]。Amit等人提出了添加一个过渡段第一阶段和第二阶段之间平和指导命令(28]。虽然这两种方法有效解决问题的指导命令跳跃,影响角约束是不满意。考虑的导引头视场的局限性,Lu和大卫提出了一个类似BPNG由PNG和影响角度误差反馈,使指导命令连续通过删除指导开关(29日]。为了避免命令跳跃突然干预造成的偏差,偏差项的比例充分调整偏差项乘以一个时变约束系数(24]。然而,这两种方法系数是时间的函数。因此,以平和的方式指导命令没有洛杉矶距离和时间去考虑影响角约束、值得进一步学术审查。关注以上问题,本文的主要贡献如下:(1)的情况下没有距离和时间去洛杉矶,SBPNG方法连续和光滑的指导命令。采用平滑过程在三角函数的形式,该方法有效地避免了指导命令指导阶段转换时跳跃(2)基于SBPNG法并结合VCPNG法,UPNG方法提出的闭环控制的影响角度没有洛杉矶距离和时间去取得成功(3)基于参数的实验飞机和考虑各种不确定的干扰,无数的模拟方法和传统方法进行。验证了该方法的有效性通过比较分析

本文的其余部分组织如下。节2PNG方法和影响角度介绍了约束,问题制定和提供动力。平滑方法SBPNG介绍部分3。节4,UPNG介绍的方法。节5,大量仿真结果。最后,结论部分提供6。

2。问题陈述

在本节中,给出了一个分析基本原理的变系数PNG (VCPNG)方法和偏见PNG (BPNG)方法满足角约束的影响。平滑处理的动机和发展美国PNG (UPNG)方法进一步派生。

2.1。寻的制导

选择攻击飞机内的水平线作为参考线。使用极坐标描述车辆和目标的相对运动。几何关系和变量定义在图所示1。当逆时针旋转角度是积极的。

根据PNG的原则,相对运动模型可以构造如下(26]:

所以之间的关系和可以得到: 在哪里是一个积分常数。考虑的情况下 的时刻。用(7)(5)给

作为条件 满足当车辆攻击地面目标,可以得出以下结论:(1)如果 和 ,有预见性的角随着时间将会增加,而《角吗随着时间会减少(2)如果 和 ,有预见性的角不会随时间。然而,根据(2),《角会减少与洛杉矶距离(3)如果 和 ,有预见性的角会随时间减少,可以得出结论了吗 通过结合(6)(4)如果 ,有 作为 ,这意味着汽车将达到目标以恒定的飞行路线角只要是一个特定的值

有效的比例系数被定义为

根据结论4,为了防止终端过载发散,必须大于2,这样可以实现精确指导。所以,有效的比例系数的轨迹大于2的定义是收敛轨迹。

考虑到终端约束的车辆达到目标,也就是说,应该等于终端洛杉矶角吗 。终端飞行路线角集成,可以获得如下(4)。

预期的影响角度通常是表示 。根据(10),影响角可以增加通过增加预见性角或减少《角 。上述分析是基于PPNG,无法控制角的影响。然而,巨大的影响角度约束通常是提出在实践中,如垂直打击任务。所以,PNG和影响角度提出了约束。

2.2。影响角控制制导律

有两种方法可以实现基于PNG角约束的影响,也就是说,有偏见的PNG (BPNG)和变系数PNG (VCPNG)。

在BPNG偏见任期被添加到PPNG满足角约束的影响。所以,BPNG可以写成(25] 在哪里是偏差项。下面的方程是通过整合(11)。 在哪里 代表偏差积分组件。在冲击条件下 ,预期的影响之间的关系角度和所需的偏差积分组件可以描述如下。

在应用的过程中,需要控制偏差的大小,以确保(13车辆撞击目标时)是满意的;因此,可以实现角度的影响。

VCPNG方法满足角约束通过改变比例的影响系数 。根据前面分析的结论,有预见性的角增加的时候 ,和《角随时间 ,角可以实现巨大的影响。因此, 一般设置第一增加角满足约束的影响。然后, 将确保轨迹收敛。

2.3。动机

原则上,BPNG VCPNG相似的方式满足角约束的影响。在两种方法中,轨迹是停在第一阶段的指导,以创建一个巨大的影响角度条件。当影响角等于预期的影响角度,约束条件是满意。随后,PPNG使轨迹收敛,和影响点约束条件是满意。所以,这个过程可以分为两个阶段:第一阶段创建角条件的影响,而第二阶段确保轨迹收敛。

在现有的研究中,实时洛杉矶距离条件下,不存在反馈,一般时间是根据初步估计洛杉矶距离和速度。然后,偏差项是均匀分布的第一阶段。一旦积分分量等于整体组件所需的偏见,偏见的术语将在第二阶段取消,PPNG将立即开始。所以,BPNG的控制策略是(25]

在VCPNG, 设置在第一阶段,然后呢 设置在第二阶段。的判断标准转换从第一阶段到第二阶段如下:当比例系数 ,相应的影响角度计算(10角)等于预期的影响 。一旦条件 满意,立即进入终端阶段。所以,VCPNG的控制策略是(25]

通过上述方法,影响点约束和影响角度约束在理想条件下能满足。

然而,有两个问题在上面的方法。(1)指导命令跳跃阶段存在切换的指导。两级的比例导引方法BPNG和VCPNG提出(25指导),赞扬会跳跃,因为不连续变化的偏见,比例系数在指导阶段转换。指南推荐的剧烈的跳跃会给控制系统带来巨大的压力。在严重的情况下,飞机将不稳定的态度,甚至失控。为了解决这一问题的指导命令跳跃没有实时洛杉矶距离,提出了一种基于BPNG SBPNG方法方法(2)根据前面的分析,在BPNG VCPNG方法,调整角度的影响只存在于第一阶段。第二阶段是PPNG,它只能满足攻击点约束。BPNG还是VCPNG,影响角控制并不反映在第二阶段指导指导。因此,他们属于开环控制。考虑所面临的干扰飞机飞行过程中,影响角的准确性无法保证在这些方法。因此,提出基于SBPNG UPNG实现闭环控制角度没有视线距离的影响

3所示。Smooth-Biased比例导航指导

根据正常过载的定义,所需的垂直加速度可以表示如下:

根据开环BPNG,偏差项添加到第一阶段和第二阶段删除。因此,所需的垂直加速度的突变发生在这两个阶段之间的转换。在当前的指导和控制过程,制导系统通常会生成相应的攻角(AOA)的显示控制系统所需的垂直加速度(30.]。 在哪里表示升力系数,表示动态压力,表示空气动力学领域。跳跃所需的加速度将导致农产品协定的,应该尽量避免在指导和控制系统的设计。如果有一个跳跃,控制系统不能立即调整状态命令值。过程控制系统的响应是一个影响角错误在开环控制的主要来源。

跳跃是突然的介绍和取消造成的偏差。所示(12),影响角控制的效果将是一样的,只要偏差项的有机组成部分是肯定的。因此,建立了基于三角函数的平滑方法摘要: 在哪里偏差的峰值,可以根据所需的最大加速度,车辆可以提供和表示持续时间偏差项。积分偏差项是通过集成的组件(18)。

根据前面的分析,一次 ,角等于预期的影响角的影响。因此,从(13)和(19)的表达可以获得的

相应的控制逻辑可以描述如下:

4所示。统一比例导航指导

虽然SBPNG方法可以顺利指导命令,控制角的影响只在第一阶段仍然存在。因此,像BPNG和VCPNG,它属于开环控制。UPNG方法提出了实现闭环控制角的影响在整个制导过程的情况下没有实时洛杉矶距离。几位学者15,29日)研究了VCPNG角约束闭环控制方法的影响,但实时洛杉矶距离或时间需要提供。很少有闭环控制指导方案目前没有洛杉矶距离或时间。本文结合相关属性VCPNG和SBPNG UPNG没有洛杉矶距离闭环控制方法。

根据(1),(2),(3)和(4),的偏导数 关于可以很容易地获得。

采取作为一个常数和集成(23),

分(22)(23)和替代(24):

通过集成(25),飞行路线角的变化规律与美国的距离可以获得的

因此,相对应的系数的影响角度约束的当前状态可以推导出:

的导数(27关于时间,

用(4),(27)和(28), 可以找到。所以,比例系数将保持不变在整个制导过程中不考虑外部扰动。PNG具有巨大的影响角度约束的初始计算(27)通常是小于2。根据节2.1,如果比例系数小于2,终端过载将分道扬镳。所以,当最初的值小于2,这种方法不能单独使用。为了确保终端需要加速收敛,偏差可以添加。在早期阶段,由于偏见的影响,影响角可以增加,比例系数也将增加。当比例系数大于2,偏差项可以删除,第二阶段将被激活。第二阶段的干扰,变系数可以调整角度约束自适应闭环控制的影响。相应的控制策略如下:

偏差项是一样的(21)。在UPNG方法中,影响角是限制偏差项和变量系数定义为(27)。这不仅能指导命令连续和光滑。影响角的闭环控制也自适应可变系数的作用下实现的。为了验证该方法的有效性和正确性,大量的数值模拟结果如下。

5。数值模拟

为了充分验证的制导性能设计指导法,建立了相对运动模型和动态模型。前模型很简单,通常用于指导的设计方法不考虑速度的变化和车辆上的力。在后者的模型中,一个实验性的飞机,关闭真正的飞行,是用来测试该制导律。这个模型包括推力、重力、空气动力学和其他外部力量以及导引头模型。VCPNG的四个方法,BPNG SBPNG, UPNG模拟和比较。SBPNG和UPNG方法提出了本文和VCPNG BPNG方法被用于比较分析,提出了在25]。影响角的约束的模拟都设置为 。

5.1。寻的制导

节中讨论的相对运动模型1。轨迹仿真的具体参数如表所示1。速度是在指导假定为常数。

根据上述参数,VCPNG、BPNG SBPNG, UPNG,模拟,分别,结果下图所示。

从数据可以看出2 (c)和2 (d),影响角约束和影响点约束的四个方法满意。如图2(一个),以确保总偏差积分值是常数,SBPNG和UPNG的最大偏差值是大于BPNG。图2 (e)BPNG和VCPNG方法表明,跳跃的需要加速发生在第一阶段的开始和结束。所需的最大过载的不同的方法可以以降序排列如下:VCPNG, BPNG UPNG, SBPNG。所以,平滑处理有利于减少最大过载。根据轨迹收敛的定义,有效的比例系数应大于2。有明显的轨迹VCPNG收敛点,BPNG, SBPNG方法。数据显示2(一个),3(b)2 (f),比例系数对应的开关时间的轨迹收敛点VCPNG方法。的结束时间偏差项对应的轨迹收敛点BPNG和SBPNG方法。UPNG方法受到偏见术语和时变系数没有明显的收敛点。因此,轨迹收敛的自适应和有一个更好的适应外部干扰的影响。

5.2。攻击固定目标的动态模型

动态模型包括车辆模型和导引头模型,模拟车辆的运动和《角的测量和洛杉矶角速率。指导下命令,车辆可以准确地击中目标满足某些约束。仿真模型的框架如图3。

模拟的场景设置如下:车辆启动向目标的距离5500米,海拔65°角从地面。它将到达附近的目标根据设计轨迹,然后,捕获的导引头目标和进入末制导阶段。具体参数如表所示2。

车辆的动力学模型是基于之前的研究,并采用以下假设:(1)地球被认为是一个均匀球体,无视地球扁率的影响(2)忽略地球自转的影响,相对于地球和大气是静止的,统一在相同的高度(3)坐标变换的3-2-1,使用欧拉旋转的顺序

基于上述假设,简化动力学模型在发射坐标系得到30.]。

在模型中,空气动力系数 , ,和是AOA的函数、侧滑角和马赫数。特定的关系如图4和5。在仿真中,运动在纵向平面上主要是考虑。由于横向运动的设计仍然是0,横向力系数是0。

推力和大众在飞行的值如表所示3。

图6显示了推力曲线和质量。

由导引头模型提供指导信息。 在哪里和表示车辆的相对位置和速度向量和目标,分别。

和表示洛杉矶的仰角和方位角度,分别和表示他们的利率。仿真主要考虑纵向平面的运动,因此,横向运动参数设置为0。

图7显示了数值模拟的结果。

从图可以看出7 (d)终端指导的开始时间是52.66秒。其余的数据只显示终端指导阶段的曲线。

仿真结果验证了该方法的可行性。从数据可以看出7 (c)和7 (d)影响角的约束和影响点都满足的四种方法。一个观察可以从图7 (e)通过平滑处理,命令AOA SBPNG和UPNG改变不断没有跳跃,而发生突变发生在VCPNG和BPNG。有分歧最终有效系数的四种方法,如图7 (f)。这样的差异可以归因于洛杉矶距离太小,《角速率急剧变化时,车辆接近目标。仿真结果表明,这种现象会发生在洛杉矶的距离小于30米。为了防止这样的现象在工程应用中,指导命令保持不变时,洛杉矶距离小于某个阈值,不会引起大的偏差。

来验证稳定性的指导方法,仿真实验在不同角度取得预期成效正在进行。同样的指导下进行以下实验起点。该计划旨在角攻击任务的巨大的影响。因此,考虑到车辆的机动性有限,预计影响角是设定在60°-110°的范围。结果如下:

与此同时,相应的错误点和影响角度列出如下:

根据图8和表4、UPNG和本文提出的SBPNG VPNG和BPNG比较,都表现出良好的稳定性在不同角度约束预期的影响。然而,UPNG方法有较小的影响角度误差比其他三种方法和显示明显的优势的情况下尤其如此 。基于上述结果,可以推断,指导方法提出了不同影响下表现出良好的稳定性角度约束。UPNG方法优于其他方法角度约束的影响,由于其角闭环控制方法的影响。

5.3。蒙特卡罗模拟实验

上面的仿真实验进行理想条件下不考虑外部扰动。然而,在实际飞行中,不确定性扰动引起复杂的环境中制导系统的压力将会增加。来验证设计的制导律的鲁棒性,面对各种各样的不确定因素,500年蒙特卡洛仿真实验进行了四个指导下的法律。影响角的约束的模拟都设置为 。干扰参数及其设计如表范围5。

仿真结果如下:

从图可以看出9指导不同的初始位置充分考虑各种各样的干扰。自车辆遵循设计的螺旋角序列指导之前,初始飞行路线角的变化仍然是微不足道的。结果表明,所有四个方法能满足点和影响角约束的影响具有一定的精度。为进一步观察,碰撞点和影响角的误差分布地图显示同一坐标尺度下如下:

上面的错误是通过仿真结果和设计值之间的差异。数据的 - - - - - -轴代表角度误差的影响, - - - - - -轴表示点误差的影响。比较图的子图10很容易推断出,角度误差的影响UPNG方法提出了一个数量级小比其他三种方法。与此同时,它有一个相对较小的碰撞点误差在考虑各种外部的不确定性。UPNG方法执行优于其他三种方法因为其闭环控制方法具有较强的鲁棒性。

6。结论

本文目的是克服指导命令跳跃造成的PNG方法没有洛杉矶距离,SBPNG方法提出了基于三角函数。最初的洛杉矶距离信息不再需要估计总指导时间,和车辆的最大过载被用来设计偏差项。仿真结果表明,SBPNG方法能有效地克服命令跳跃。根据UPNG SBPNG方法,方法,提出了结合SBPNG法和VCPNG法。在UPNG法下,偏差积分组件,偏见,和比例系数开关时间不需要严格控制了。因为连续存在的影响角度控制在整个制导过程中通过调整UPNG比例系数的方法,影响角的闭环控制实现。静止的目标攻击仿真实验和蒙特卡罗模拟进行了实验。触及地面静止目标,仿真结果表明,四种指导方法可以满足碰撞点的约束和影响角度。BPNG和VCPNG方法相比,SBPNG和UPNG方法提出了本研究能有效地解决问题的指导命令跳跃。蒙特卡罗仿真实验,仿真结果表明,该UPNG角控制方法具有较强的鲁棒性的影响。

命名法

:	洛杉矶距离和速度
:	洛杉矶的角度和速度
:	飞行路线角和速度
:	有预见性的角度和速度
:	比例导引系数
:	初始和终端飞行路线角
:	初始和终端洛角
:	偏见术语
:	要求偏差积分组件
:	持续时间偏差项
:	比例导引系数第一阶段和第二阶段
:	预期的影响角度。

数据可用性

程序代码的数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持的研究资助下U21B2028。