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战术导弹技术 2024年第2期 117-125页

作者：浦甲伦詹韬李博皓薛玉兰哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 北京控制与电子技术研究所北京100049

针对助推-滑翔飞行器再入过程强耦合、快时变、强非线性的特点带来的姿态控制问题,提出了一种基于最大熵强化学习参数整定的线性自抗扰控制方法。利用输入-输出反馈线性化建立了三通道解耦的线性控制模型,并设计了线性自抗扰控制器,获... 详细信息

针对助推-滑翔飞行器再入过程强耦合、快时变、强非线性的特点带来的姿态控制问题,提出了一种基于最大熵强化学习参数整定的线性自抗扰控制方法。利用输入-输出反馈线性化建立了三通道解耦的线性控制模型,并设计了线性自抗扰控制器,获取了待设计控制器参数。建立了控制模型的马尔可夫决策过程,利用最大熵强化学习算法对控制器参数进行寻优。针对飞行器再入滑翔段进行六自由度仿真,仿真结果表明,所设计的控制器能够自适应调整控制器参数,与线性自抗扰控制器相比,跟踪速度更快,误差更小,从而验证了所提方法应用于助推-滑翔飞行器再入段姿态控制问题的有效性。

关键词：助推-滑翔飞行器再入段姿态控制非线性动力学反馈线性化自抗扰控制最大熵强化学习六自由度仿真

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助推-滑翔飞行器弹道快速优化与制导技术研究

助推-滑翔飞行器弹道快速优化与制导技术研究

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作者：范广泽中北大学

学位级别：硕士

助推-滑翔式飞行器以其增加射程、提高突防能力的独特优势正成为当前的研究热点。本文以解决助推-滑翔式飞行器弹道优化与再入制导关键技术为目标,研究了全弹道基本特性、弹道优化技术、再入弹道在线生成和跟踪制导、弹道在线优化与预... 详细信息

助推-滑翔式飞行器以其增加射程、提高突防能力的独特优势正成为当前的研究热点。本文以解决助推-滑翔式飞行器弹道优化与再入制导关键技术为目标,研究了全弹道基本特性、弹道优化技术、再入弹道在线生成和跟踪制导、弹道在线优化与预测制导等问题,主要研究成果如下: 构建了关于复杂约束条件下全程弹道轨迹规划问题的模型,对状态量进行无量纲处理,得到了以能量为自变量的运动模型,并给出了助推-滑翔飞行不同阶段的约束条件,为后续全程弹道优化奠定了基础。利用Gauss伪谱法对助推-滑翔式飞行器进行了弹道优化,先对主动段和滑翔段分别进行弹道优化,又将多个阶段连接起来对全程弹道进行了最大射程的弹道优化,还计算了考虑禁飞区约束的最优弹道。对阻力加速度跟踪制导算法进行改进,得到了一种在线轨迹生成与跟踪制导方法,以达到可以实时生成满足飞行条件的路径,接着对比了改进后算法和Gauss伪谱法优化得到的轨迹,验证该方法的可行性,从仿真结果中可以看出,计算时间从23.44s缩短到0.004s,同时精度也有所提高。在现有的基于数值预测-校正的制导方法的基础上进行改进,根据拟平衡滑翔条件推算出了高度曲线和阻力加速度曲线等相关参数,使用高斯积分来替代数值积分,进一步采用滚动时域的方式实现新的预测、校正及制导方法。仿真的结果显示,其高度偏差、速度偏差及终点位置偏差均低于数值预测校正法,表明该方法具有较高的准确性。

关键词：助推-滑翔飞行器弹道优化高斯伪谱法跟踪制导预测-校正制导

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助推—滑翔飞行器高精度轨迹跟踪方法研究

助推—滑翔飞行器高精度轨迹跟踪方法研究

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作者：王宇哈尔滨工业大学

学位级别：博士

近年来,助推-滑翔飞行器研究逐渐成熟,世界航天强国开展了大量相关试验,部分国家的助推-滑翔飞行器已进入战斗值班状态。不同于运动形式固定的弹道式目标,助推-滑翔飞行器具有飞行阶段多、机动能力强、机动形式多变的特点,其强突防能力... 详细信息

近年来,助推-滑翔飞行器研究逐渐成熟,世界航天强国开展了大量相关试验,部分国家的助推-滑翔飞行器已进入战斗值班状态。不同于运动形式固定的弹道式目标,助推-滑翔飞行器具有飞行阶段多、机动能力强、机动形式多变的特点,其强突防能力为现有导弹防御系统造成极大挑战,发展助推-滑翔飞行器拦截相关技术刻不容缓,对保护我国国家安全及人民生命财产安全具有重要的战略意义。助推-滑翔飞行器轨迹跟踪技术为整个拦截过程提供目标信息支持,如何提高助推-滑翔飞行器跟踪精度是拦截技术发展的首要难题,关系任务成败。本论文针对助推-滑翔飞行器助推、滑翔两个主要飞行阶段,开展弹道特性分析、运动模型建立以及高精度轨迹跟踪方法研究,具体研究内容包括:1)基于弹道特性分析,完成了助推-滑翔飞行器高精度运动模型构建。首先,从助推-滑翔飞行器的助推段受力分析出发,总结了其弹道特性。进而对飞行器助推段运动微分方程进行合理假设和简化,建立了兼具符合运动特性与形式简单优点的助推段运动模型。然后,针对滑翔段机动能力强、机动形式多变的问题,分析滑翔段常见机动形式的特点并建立完备模型集。其中,建立了“当前”统计模型描述平衡滑翔和横向机动形式,利用带有指数衰减项的正弦波自相关自适应均值随机过程描述跳跃滑翔目标机动加速度,提出了更符合跳跃滑翔特点的非零均值衰减震荡正弦波模型,为后续轨迹跟踪方法研究奠定了基础。2)为提高助推-滑翔飞行器助推段轨迹跟踪精度,对助推段跟踪传感器——天基红外预警卫星的工作原理进行了分析,提出其量测噪声为量化噪声,建立了量化噪声模型,分析了量化噪声特性。传统滤波方法基于高斯噪声假设,在量化噪声条件下面临跟踪精度差的问题。本文首先基于卡尔曼滤波框架,推导了量化量测下状态量期望和协方差计算方法,提出了量化扩展卡尔曼滤波方法;然后基于贝叶斯估计框架及粒子滤波思想,并结合量化量测概率密度函数,提出了近似最优的量化遗传重采样粒子滤波方法,方法中引入自然界遗传进化的思想进行重采样,以避免粒子退化问题并保证粒子多样性。针对量化噪声导致的多维高斯积分困难问题,将Genz转换和伪蒙特卡洛积分方法相结合,提出了一种多维高斯数值积分方法。最后,通过数学仿真验证了所提算法在跟踪精度方面的优越性。3)在天基红外预警卫星组网跟踪助推-滑翔飞行器场景下,分别针对角度量测和像素坐标量测提出了基于混合一致性的分布式滤波方法。其中,基于混合一致性方法设计了分布式滤波框架,以去中心化的方式收集量测信息并估计目标状态,以量测一致性和信息一致性方法相结合的混合一致性方式实现系统高精度快速一致。为解决角度量测方程的强非线性问题,从量测方程转换的角度出发,将非线性量测方程转化为与飞行器状态线性相关的伪量测方程,并对转换误差进行补偿,与混合一致性分布式信息滤波框架相融合,提出了角度量测混合一致性分布式伪量测信息滤波方法。在像素坐标量测下,基于Sheppard校正方法处理了量化噪声,采用五阶球面-径向容积规则处理了系统非线性,与混合一致性分布式信息滤波框架相融合,提出了像素坐标量测混合一致性分布式容积信息滤波方法。设计了传感器组网助推段轨迹跟踪数学仿真,对算法的一致性速度、准确性进行了验证。4)由于助推-滑翔飞行器滑翔段机动能力强、机动形式多变,且主动雷达易遭受虚假数据注入攻击,导致传统轨迹跟踪算法精度差。为此提出了一种考虑虚假数据注入攻击的变结构多模型滤波方法。首先,建立了虚假数据注入攻击模型和攻击条件下的主动雷达量测模型,设计了攻击参数伪量测方程使攻击参数可估计,提出了“攻击检测-攻击参数估计-攻击参数补偿”的虚假数据注入攻击处理思路,以处理虚假数据注入攻击长期存在的场景。然后,基于模型集激活与模型集终止操作合并的思路,根据边缘模型概率设计模型集自适应策略,通过修正新息完成了攻击参数补偿,提出了新的变结构多模型方法,以减小传统变结构多模型方法的模型竞争,补偿攻击参数的影响。最后,对比分析了所提算法在轨迹跟踪精度方面的优越性,并分析了攻击强度对所提算法的影响。

关键词：助推-滑翔飞行器轨迹跟踪非线性滤波量化噪声分布式滤波变结构多模型方法

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助推—滑翔飞行器轨迹规划与制导研究

助推—滑翔飞行器轨迹规划与制导研究

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作者：王飞飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

助推-滑翔飞行器通过助推级火箭发射到一定高度,依靠自身的大升阻比外形,在大气层上层以高超声速进行长时、远程滑翔飞行,其同时具备弹道式和飞航式导弹的各自优势,具有飞行速度快、飞行高度高、航程远、机动性强等特点,在希望进行远程... 详细信息

助推-滑翔飞行器通过助推级火箭发射到一定高度,依靠自身的大升阻比外形,在大气层上层以高超声速进行长时、远程滑翔飞行,其同时具备弹道式和飞航式导弹的各自优势,具有飞行速度快、飞行高度高、航程远、机动性强等特点,在希望进行远程快速精确打击方面,其应用前景十分广阔。本文以使用助推-滑翔飞行器快速打击空中目标为背景,在分析其各飞行阶段的轨迹特性和飞行任务的基础上,研究了上升段及再入段轨迹规划和末制导的问题。首先,根据助推段、再入段飞行特性的不同,分别建立了主动段运动数学模型、再入段运动数学模型,并给出了大气模型和求解飞行器运动参数所需要的有关补充方程,为接下来的主动段弹道设计及再入段轨迹规划研究奠定基础。其次,对主动段弹道设计任务进行分析,对主动段飞行各阶段进行介绍,提取出设计参数,即以一级最大转弯攻角和三段的俯仰角常值变化率作为设计量,并且设定主动段终点经纬度和弹道倾角为终端约束;采用改进牛顿迭代法进行主动段待设计参数的迭代设计;详细给出了主动段弹道设计流程,并且进行了主动段弹道设计仿真验证。然后,针对快速打击目标的要求,提出一种有时间约束的再入轨迹设计方法,将倾侧角剖面设计为二次函数型,从而可同时约束航程和时间两个量;针对再入段轨迹设计,提出基于反向推算的轨迹设计方法,此方法将再入段和主动段设计结合起来,通过再入段反向积分得到一个预置再入点作为主动段的终端约束,通过主动段弹道迭代验证主动段是否可达,从而得到主动段及再入段都可行的轨迹,完成轨迹规划的任务。最后,为实现对目标的精确打击及有效毁伤,研究了末制导的问题。首先给出比例导引法,以解决打击空中目标的下压段制导问题;考虑到更好地对目标进行毁伤,提出弹道成型制导律;并且通过仿真对两种制导律进行验证。总之,本文研究了主动段弹道设计及再入段轨迹规划方法及末制导相关技术。

关键词：助推-滑翔飞行器轨迹规划有时间约束再入反向积分法末制导律

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助推-滑翔飞行器弹道优化方法研究

助推-滑翔飞行器弹道优化方法研究

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作者：路意国防科技大学

学位级别：硕士

助推-滑翔飞行器具有射程远、机动能力强等优点,成为现代战争武器装备的重要发展方向。本文以助推-滑翔飞行器为研究对象,以飞行器弹道优化为研究目标,针对弹道优化方法、滑翔弹道特性及助推-滑翔飞行器全程弹道仿真等问题展开研究。主... 详细信息

助推-滑翔飞行器具有射程远、机动能力强等优点,成为现代战争武器装备的重要发展方向。本文以助推-滑翔飞行器为研究对象,以飞行器弹道优化为研究目标,针对弹道优化方法、滑翔弹道特性及助推-滑翔飞行器全程弹道仿真等问题展开研究。主要研究成果如下:提出了一种高超声速滑翔弹道特性分析方法。采用理论与仿真相结合方法,基于小量假设推导了滑翔弹道的近似解,并进一步推导了弹道特征参数的近似解,分析了全程弹道特征参数的变化规律并进行了仿真分析;针对单个跳跃滑翔周期,采用极大值原理推导了最优滑翔控制率,并进一步推导了弹道特征参数比值的近似解,分析了单个跳跃周期弹道特征参数的变化规律并进行了仿真分析;根据高超声速滑翔弹道特性分析结果,给出了三个分析滑翔弹道特征参数的特征点。提出了一种滑翔段最优交班点条件分析方法。基于弹道特性分析得出的特征点,采用单因素试验轮换法和多参数正交试验法,仿真分析了不同交班点状态对特征点处弹道特征参数的影响及对滑翔弹道射程的影响,并进一步给出了滑翔段交班点需要满足的条件。基于hp-Radau伪谱法进行了助推-滑翔飞行器全程弹道优化仿真。针对美国高超声速飞行器AHW进行了模型分析和任务分析,建立了AHW全程弹道模型;阐述了助推段弹道的工程经验设计方法和基于单向姿态调整的能量管理策略;针对AHW试飞任务和射程最优弹道,采用参数化方法和hp-Radau伪谱法,以及本文给出的滑翔段最优交班点条件,进行了全程弹道优化仿真。本文采用的弹道优化方法,针对滑翔段进行的弹道特性分析,以及结合AHW进行的全程弹道仿真对高超声速滑翔飞行器的方案设计、弹道优化、弹道预报及弹道仿真研究具有一定的借鉴意义。

关键词：助推-滑翔飞行器弹道优化伪谱法正交试验弹道特性分析弹道仿真

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变形技术在助推-滑翔飞行器中的应用前景分析

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战术导弹技术 2017年第5期 1-5,11页

作者：陈铁彪王洪波康永来李晓松梁雪超中国运载火箭技术研究院北京100076

针对助推-滑翔飞行器大飞行包络、多种设计矛盾难以兼顾的设计难点,分析了助推-滑翔飞行器的变形需求。通过调研变形飞行技术的国内外研究现状,明确了将变形技术应用到助推滑翔飞行器的意义和技术难点。变形技术与助推滑翔技术的融合,... 详细信息

针对助推-滑翔飞行器大飞行包络、多种设计矛盾难以兼顾的设计难点,分析了助推-滑翔飞行器的变形需求。通过调研变形飞行技术的国内外研究现状,明确了将变形技术应用到助推滑翔飞行器的意义和技术难点。变形技术与助推滑翔技术的融合,不仅能够提升飞行器战技指标,还可以对未来飞行器实现智能化作战提供平台保证,有望促进武器系统的更新换代。

关键词：变形技术助推-滑翔飞行器智能飞行

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助推-滑翔飞行器弹道规划技术综述

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飞航导弹 2016年第6期 36-38,58页

作者：牛晓洁舒健生李邦杰火箭军工程大学

分析了助推-滑翔飞行器弹道规划概念提出的原因,介绍了国外助推-滑翔飞行器的发展历史以及研究现状。分析归纳了未来助推-滑翔飞行器的弹道规划技术需求,展望了助推-滑翔飞行器的弹道规划技术发展趋势,在弹道规划方面为我国发展助推-滑... 详细信息

分析了助推-滑翔飞行器弹道规划概念提出的原因,介绍了国外助推-滑翔飞行器的发展历史以及研究现状。分析归纳了未来助推-滑翔飞行器的弹道规划技术需求,展望了助推-滑翔飞行器的弹道规划技术发展趋势,在弹道规划方面为我国发展助推-滑翔飞行器提供了有益的参考。

关键词：助推-滑翔飞行器弹道规划高突防能力

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助推-滑翔飞行器自适应全程制导方法研究

助推-滑翔飞行器自适应全程制导方法研究

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作者：朱建文国防科学技术大学

学位级别：博士

助推-滑翔飞行器以其远程打击和大范围机动能力,已成为航天领域发展的重点与热点。论文以实现自适应全程制导为目标,基于对各飞行阶段弹道特性与制导任务的分析,研究非程序助推制导问题、脱离标准弹道的自适应滑翔制导问题以及考虑机动... 详细信息

助推-滑翔飞行器以其远程打击和大范围机动能力,已成为航天领域发展的重点与热点。论文以实现自适应全程制导为目标,基于对各飞行阶段弹道特性与制导任务的分析,研究非程序助推制导问题、脱离标准弹道的自适应滑翔制导问题以及考虑机动突防的俯冲三维制导问题。研究了终端能量大范围可调的低弹道非程序助推制导方法。1)设计了用于第一级制导的攻角控制模型,并利用牛顿迭代方法计算了制导参数;2)在速度坐标系下建立了制导模型,以能量最优为性能指标设计了能够满足终端高度与速度倾角约束的解析最优制导律;3)利用Radou Pseudospectral Method（RPM）优化方法分析了助推终端能量调节域,提出了剩余能量在各级的分配策略,进而利用预测校正方法控制终端速度大小,实现了终端能量大范围可调。该方法不依赖标准飞行程序,对不同的制导任务和偏差条件具有良好的适应性。基于准平衡滑翔条件,提出了多约束最优制导方法和终端速度预测校正制导方法。1)为规避禁飞区,根据初始滑翔弹道与禁飞区的相对位置关系筛选了待规避禁飞区,并确定了视线角增量最小的绕飞边界值;2)基于准平衡滑翔条件建立了最优制导模型,以能量最优为性能指标推导了能够满足终端经纬度、高度以及速度倾角约束的解析最优制导律;3)分析了不同受力对终端速度的影响,利用解析预测校正方法计算侧向机动幅值以控制速度大小,并将过程约束转化为攻角约束以保证制导目标的顺利实现。该方法无需设计标准轨迹,能够高精度满足终端多种约束条件。脱离准平衡滑翔条件,提出了基于气动在线辨识的鲁棒自适应滑翔制导方法。1)建立了高度控制模型与航向误差控制模型,纵向提出了分层制导策略控制飞行器达到平衡滑翔状态,并满足终端经纬度、高度以及速度倾角约束;侧向推导了能够实时消除航向误差的解析最优制导律;2)研究了基于升阻比的速度预测方法,提出了剩余能量耗散与自适应制导的协调控制策略;3)建立了气动系数模型,基于EKF对未知参数的在线估计值计算攻角指令以提高鲁棒性。该方法能够脱离准平衡滑翔条件完成制导任务,其鲁棒性可通过EKF气动系数在线辨识得以提高。基于H∞滤波与H∞控制理论,研究了考虑俯冲运动耦合特性的三维鲁棒制导方法。1)根据飞行器与目标的相对运动关系,建立了俯冲三维相对运动方程,并引入了耦合系数以分析纵向与侧向运动的耦合特性;2)为高精度强鲁棒地满足俯冲终端落点、落角以及入射方位角约束,采用H∞滤波方法估计未知信息,利用H∞鲁棒控制方法设计了俯冲制导律,并基于滤波输出值解算制导指令。研究表明三维运动方程能够描述俯冲运动的耦合特性,H∞滤波及控制方法的综合利用能够增强制导的高精度性与鲁棒性。针对俯冲机动突防问题,提出了考虑制导精度的机动飞行实现方法与最优机动策略。1)针对俯冲机动制导问题,设计了能够满足终端约束并可实现机动飞行的俯冲弹道,利用滑模控制方法设计了跟踪制导律;2)为实现俯冲最优机动,基于三维耦合制导律建立了机动控制模型,构建了由速度与过载组成的突防性能评价指标,分别在拦截遭遇时刻确定及不确定两种情况下设计了最优机动策略;3)综合考虑制导精度及飞行器控制能力约束,重构了原性能指标及机动策略,以此为基础分析了俯冲机动突防性能,并设计了俯冲最优机动弹道。研究表明该策略能够有效提高俯冲突防性能,并可降低机动飞行对制导精度的影响。论文拓展了助推-滑翔飞行器自适应全程制导问题与突防问题的研究范畴。研究紧密结合实际,对发展未来新型运载器、大气层内高超声速滑翔飞行器以及再入机动弹头具有重要借鉴意义。

关键词：助推-滑翔飞行器多级助推准平衡滑翔俯冲攻击最优制导预测-校正自适应制导规避制导机动突防

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助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化研究

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现代防御技术 2015年第1期43卷 46-51页

作者：范文锋许波郝昀北京机电工程总体设计部北京100854

以助推-滑翔飞行器为研究对象,开展多学科设计优化在其总体设计过程中的应用研究。首先对助推-滑翔飞行器进行多学科设计优化任务分析、多学科建模,并建立了助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化模型;其次对助推-滑翔飞行器总体设计学科... 详细信息

以助推-滑翔飞行器为研究对象,开展多学科设计优化在其总体设计过程中的应用研究。首先对助推-滑翔飞行器进行多学科设计优化任务分析、多学科建模,并建立了助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化模型;其次对助推-滑翔飞行器总体设计学科间耦合特点进行分析,在此基础上提出了基于最优灵敏度方法的两层系统集成优化策略;最后通过数值优化算例验证了方法的有效性。优化结果表明,该方法具有较好的收敛速度,且使满载起飞质量减少9%,为高性能飞行器总体设计提供新的设计思路。

关键词：助推-滑翔飞行器总体设计多学科设计优化最优灵敏度方法

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助推-滑翔飞行器弹道最优控制研究

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现代防御技术 2014年第3期42卷 31-36页

作者：范文锋许波郝昀北京机电工程总体设计部北京100854

从多阶段多约束最优控制的角度对助推-滑翔飞行器弹道最优控制问题进行研究。首先建立了无量纲化的弹道动力学方程组并提炼出总体设计参数;其次使用Radau伪谱方法将多约束的弹道最优控制问题转化为非线性规划问题,通过引入连接点概念处... 详细信息

从多阶段多约束最优控制的角度对助推-滑翔飞行器弹道最优控制问题进行研究。首先建立了无量纲化的弹道动力学方程组并提炼出总体设计参数;其次使用Radau伪谱方法将多约束的弹道最优控制问题转化为非线性规划问题,通过引入连接点概念处理多阶段不连续问题,并采用序列二次规划方法进行求解;最后通过数值算例验证了方法的实用性和有效性。数值优化算例表明,通过多阶段Radau伪谱方法可较好处理助推-滑翔飞行器全射程最优问题,所得计算结果与理论最优解一致。

关键词：助推-滑翔飞行器弹道最优控制 Radau伪谱方法多阶段

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