[發明專利]考慮目標加速度方向觀測的微分對策制導律設計方法

有效

• 申請號: 202011139459.1
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112346339B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 胥彪;許佳駱;李翔;李爽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F42B15/01
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了考慮目標加速度方向觀測的微分對策制導律設計方法，步驟為：1）基于末制導前提獲得導彈與目標的動力學方程；2）假設目標機動包含擾動機動和逃逸機動，導彈機動包含擾動機動和追捕機動，并結合相關的支付函數得到考慮擾動機動的微分對策問題；3）用狀態依賴黎卡提方程方法對上述微分對策問題進行求解，得到考慮擾動機動的微分對策制導律；4）假設目標只進行擾動機動，導彈只進行追捕機動，簡化3）中制導律，得到包含實時目標加速度的微分對策制導律；5）在延遲信息條件下，用目標加速度方向觀測方法補償得到目標加速度預測值；6）用目標加速度預測值取代4）中實時目標加速度值，得到考慮目標加速度方向觀測的微分對策制導律。

技術領域

本發明涉及考慮目標加速度方向觀測的微分對策制導律設計方法，涉及飛行器制導技術領域。

背景技術

導彈末制導是指在導彈在飛行末期，通過制導律為導彈提供飛行控制指令以幫助導彈擊中目標。導彈制導律設計，對于導彈的作戰效能有著直接地影響，得到當前主要軍事大國的重點研究。

目前的導彈制導律可以主要分為兩大類：古典制導律和現代制導律。古典制導律主要有追蹤法、平行接近法、比例制導法、三點法和前置角法。其中追蹤法始終保持導彈速度方向指向目標，雖然簡單并易于實現，但是造成的結果是彈道彎曲，需要使用的導彈過載較大。平行接近法在飛行過程中保持導彈視線在空間中平行移動，彈道平直、需要使用的過載小于目標，但是需要精確測量速度、前置角信息。三點法需要基站參與作戰過程，始終保持導彈在基站與目標之間的連線上，其抗干擾性較強，但是彈道彎曲，接近目標時需要使用的過載較大。前置角法是三點法的改進，攔截過程中保持導彈與基站的連線超前于目標與基站的連線，夾角按一定規律縮減，直至攔截目標，其抗干擾性能較差。上述古典制導法逐漸被淘汰，而比例制導法由于其技術上易于實現、魯棒性較好、彈道較為平直依舊獲得廣泛使用。純比例制導法對于固定目標，或者加速度為0的非機動目標攔截效果較好，但是在攔截機動目標時，效果較差。隨后在純比例制導法的基礎上衍生出一系列改型，這類比例制導律在獲得精確目標加速度信息條件下，可以得到較好的攔截效果。

現代制導律是基于現代控制理論設計出的以應對高機動目標的導彈制導律，常見的有最優制導律、滑模制導律、微分對策制導律。滑模變結構控制被用于控制非線性、不確定性系統，具有一定的魯棒性。最優制導律基于最優控制理論，以脫靶量或者視線角速率為控制對象，通過減小這些量實現最終的攔截。上述的現代制導律和古典制導律在面對高機動目標時，只有在獲得目標的機動信息時，才能實現有效的攔截，但是目標實時機動信息往往難以實時獲得，這限制了上述制導律的在攔截高機動目標時的發揮。而微分對策制導律對于目標的機動信息依賴程度較低，即使目標的信息不準確，依舊可以獲得較好的攔截效果，獲得了世界各國的普遍重視與研究。

微分對策理論最早由Issacs博士在研究導彈攔截時，結合貝爾曼的動態規劃而提出。自提出時起，便廣泛應用于導彈制導律設計。在文獻(李登峰.微分對策及其應用[M].國防工業出版社,2000)中對微分對策進行簡單定義，即微分對策是指需要利用微分方程描述對策活動的一類對策。其目的是求出微分對策解，微分對策解又叫鞍點解，是對于決策雙方最優的解，任意一方如果不采取鞍點解都會使得對方在博弈過程中受益。而導彈追逃問題屬于天然的微分對策問題，利用微分對策方法設計制導律已得到廣泛研究。

常見的導彈攔截模型有兩種，零化脫靶量的攔截模型與零化視線角速率的攔截模型。基于零化脫靶量的攔截模型以導彈與目標的預測脫靶量為設計對象，但是往往導致狀態空間維度較高，需要利用狀態轉移矩陣進行降維，需要用到剩余時間，對制導精度產生一定影響。而零化視線角速率的設計模型來源于平行接近法，研究發現如果視線角速率在0值處收斂，就表明導彈與目標處于碰撞三角形狀態當中，雙方最終可以實現碰撞，模型狀態空間維度較小以便于設計。