[發(fā)明專利]一種基于貝塞爾牛頓的導(dǎo)彈多約束末制導(dǎo)律設(shè)計方法

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• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114580138A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 泮斌峰;唐婧媛;閆瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/10;G06F119/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發(fā)明公開了一種基于貝塞爾牛頓的導(dǎo)彈多約束末制導(dǎo)律設(shè)計方法，首先在慣性坐標(biāo)系下，建立導(dǎo)彈三維空間的運動學(xué)和動力學(xué)模型；然后設(shè)計多約束末制導(dǎo)問題的貝塞爾牛頓制導(dǎo)律；接下來推導(dǎo)多約束問題的貝塞爾牛頓制導(dǎo)律，得到的權(quán)因子和攻擊時間的迭代更新量；最終引入阻尼參數(shù)，對權(quán)因子和終端時間進(jìn)行迭代更新，最終形成制導(dǎo)指令，實現(xiàn)末制導(dǎo)。本發(fā)明實現(xiàn)了導(dǎo)彈的多約束末制導(dǎo)，減少了求解變量，提高了計算效率，具有在彈載計算機上應(yīng)用的潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)彈多約束末制導(dǎo)律設(shè)計方法。

背景技術(shù)

制導(dǎo)律是導(dǎo)彈實現(xiàn)攔截導(dǎo)引和精確打擊的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜多變及導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的不斷完善，對于末制導(dǎo)的要求也越來越高。在要求導(dǎo)彈的脫靶量盡可能小的基礎(chǔ)上，還希望導(dǎo)彈能夠以一定的角度攻擊目標(biāo)，從而取得最大的毀傷效果。同時，一些末制導(dǎo)場景中還有含有位置、角度、過載等多方面的過程約束。對于這種多約束末制導(dǎo)問題，主要基于最優(yōu)控制方法、滑模控制方法、偏置比例導(dǎo)引法來設(shè)計末制導(dǎo)律。滑模變結(jié)構(gòu)導(dǎo)引律魯棒性較高，但制導(dǎo)過程中容易產(chǎn)生抖振現(xiàn)象；偏置比例導(dǎo)引律算法形式簡單，但制導(dǎo)精度不高；最優(yōu)控制求解變量多，計算效率較低。

近年來，各種基于模型預(yù)測靜態(tài)規(guī)劃算法(model predictive staticprogramming,MPSP)的最優(yōu)制導(dǎo)律被廣泛應(yīng)用于各類含落角約束的末制導(dǎo)問題中，但這種方法本質(zhì)上仍是經(jīng)典的牛頓類方法。基于這一本質(zhì)，針對經(jīng)典牛頓類方法對初始猜測敏感的缺陷，引入自適應(yīng)阻尼牛頓法，通過調(diào)節(jié)阻尼參數(shù)來控制迭代步長的大小，基于此方法的制導(dǎo)律相較于傳統(tǒng)牛頓型末制導(dǎo)律具有更強的收斂性。

當(dāng)導(dǎo)彈的末段飛行含有位置、角度等終端約束以及速度、過載等過程約束時，基于牛頓類方法的最優(yōu)末制導(dǎo)律存在求解變量較多，并且存在求解較為復(fù)雜，計算時間長等問題。因此，如何設(shè)計一種求解難度低，計算效率高的多約束末制導(dǎo)方法是導(dǎo)彈末段飛行亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于貝塞爾牛頓的導(dǎo)彈多約束末制導(dǎo)律設(shè)計方法，首先在慣性坐標(biāo)系下，建立導(dǎo)彈三維空間的運動學(xué)和動力學(xué)模型；然后設(shè)計多約束末制導(dǎo)問題的貝塞爾牛頓制導(dǎo)律；接下來推導(dǎo)多約束問題的貝塞爾牛頓制導(dǎo)律，得到的權(quán)因子和攻擊時間的迭代更新量；最終引入阻尼參數(shù)，對權(quán)因子和終端時間進(jìn)行迭代更新，最終形成制導(dǎo)指令，實現(xiàn)末制導(dǎo)。本發(fā)明實現(xiàn)了導(dǎo)彈的多約束末制導(dǎo)，減少了求解變量，提高了計算效率，具有在彈載計算機上應(yīng)用的潛力。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：

步驟1：在慣性坐標(biāo)系下，建立導(dǎo)彈三維空間的運動學(xué)和動力學(xué)模型；

步驟1-1：考慮重力、氣動力以及自動駕駛儀延遲的影響，導(dǎo)彈無動力非線性點質(zhì)量動力學(xué)模型為：

式中，V_m為導(dǎo)彈速度大小，m_m為導(dǎo)彈質(zhì)量，g為重力加速度，γ_m為導(dǎo)彈彈道傾角，ψ_m為導(dǎo)彈彈道偏角，a_z為導(dǎo)彈法向指令加速度，a_y為導(dǎo)彈橫向指令加速度，[x_m,y_m,z_m]^T為導(dǎo)彈的位置向量，分別為考慮自動駕駛儀一階延遲的實際法向和橫向加速度，τ為自動駕駛儀時間延遲參數(shù)，t為時間；D_m為氣動阻力，具體表達(dá)式為：