精准的航迹跟踪是无人机实现任务规划的必要条件。针对自适应优化制导律(AOGL)算法中, 权重矩阵依靠先验知识或者试探选取、缺乏理论指导且未必最优的问题, 提出了一种基于粒子群优化AOGL航迹跟踪方法。将权重矩阵中各元素经验值乘以待优化系数, 代入黎卡提方程, 推导出修正之后的制导律, 进而构造目标函数进行寻优求解。在不同的扰动风速条件下, 针对线性、圆形期望跟踪航迹分别进行数值仿真, 结果表明, PSO-AOGL航迹跟踪效果更优, 可有效降低跟踪位置误差。
无人机 航迹跟踪 粒子群算法 自适应优化制导律 UAV path following particle swarm optimization adaptive optimization guidance law
1 海军航空大学, 山东 烟台 264000
2 中国人民解放军91286部队, 山东 青岛 266000
针对固定翼无人机在侧风条件下的二维航迹跟踪问题, 在非线性制导律的基础上, 提出一种自适应引导长度的航迹跟踪算法。首先建立了引入风扰后的无人机运动学模型, 对定引导长度的非线性制导律进行理论分析, 并讨论了其抗风性能; 然后结合无人机自身性能和飞行速度, 提出自适应引导长度的方法, 并在侧向加速度指令中引入侧偏距积分以抵消侧风干扰, 同时针对无人机在航点切换时航迹误差偏大的问题, 设计了一种圆弧航点切换策略; 最后在侧风干扰的情况下进行数值仿真, 结果表明, 该方法能有效抑制侧风干扰, 在航点切换处具有较高的跟踪精度, 实现了固定翼无人机在侧风扰动条件下对期望航迹的精确跟踪。
无人机 航迹跟踪 非线性制导律 抗侧风 自适应引导长度 UAV trajectory tracking nonlinear guidance law crosswind resistance adaptive guidance length
为解决大机动目标拦截过程中加速度信息难以预测的问题, 利用自适应RBF神经网络和反步滑模控制技术提出一种新型三维智能制导律。首先, 基于零化视线角速率的思想, 建立了拦截机动目标的三维制导模型, 并结合反步滑模算法设计了有限时间制导律;然后, 将目标加速度信息视为控制系统的不确定性, 采用RBF神经网络对其进行在线估计和补偿, 同时设计自适应切换增益以抑制控制系统抖振;最终, 基于Lyapunov直接法证明了整个闭环控制系统的稳定性, 并通过对比仿真验证了所提三维制导律的有效性和优越性。
导弹拦截 三维制导律 反步滑模 神经网络 自适应控制 missile interception 3D guidance law backstepping sliding mode control neural network adaptive control
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471000
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471000
为获得更好的制导性能, 利用一类采用流量可调发动机的导弹所增加的飞行速度控制自由度, 提出一种修正比例导引+飞行速度控制的双重控制自适应滑模制导律。修正比例导引并以弹道末端过载需求为零进行修正设计, 在对其瞬时脱靶量分析的基础上, 选取视线角速度和飞行速度控制量等作为滑模面, 并进一步采用自适应滑模控制方法, 推导了减少脱靶量的速度控制制导律。仿真结果表明, 相比于比例导引和采用速度保持的修正比例导引, 所设计的自适应滑模制导律的脱靶量更小, 弹道更平滑, 过载需求也更小, 实现了导弹飞行速度的主动控制。
导弹 制导律 滑模控制 自适应控制 飞行速度控制 missile guidance law sliding mode control adaptive control flight velocity control
以弹道导弹拦截弹为研究对象，针对拦截弹末制导问题进行研究，对预测命中点进行定义，引出广义预测命中点，并利用近似理论得到其数学表达，之后基于古典微分几何理论推导了微分几何制导律的曲率以及挠率指令; 设计了应用在弹道导弹拦截场景中的基于预测命中点的微分几何制导律，并在该制导律的基础上通过引入自动驾驶仪及导引头等效模型,分析了制导律对制导控制系统延迟及噪声响应敏感性; 通过与其他两种制导律对比仿真，体现了基于预测命中点的微分几何制导律在降低需用过载及视线角速度两方面的优越性。
弹道导弹 拦截弹 末制导律 预测命中点 微分几何制导律 ballistic missile interceptor terminal guidance law predictive hit point differential geometry guidance law
红外与激光工程
2020, 49(9): 20200279
针对拦截高速机动目标时需要满足以指定攻击角命中目标的要求, 提出了一种带攻击角约束的三维多变量超螺旋固定时间滑模拦截制导律。在弹目三维相对运动模型的基础上, 将制导问题转化为关于视线角的二阶系统控制问题; 根据终端滑模控制理论和多变量超螺旋算法, 分别设计了多变量终端滑模面和带攻击角约束的制导律; 利用Lyapunov函数证明了闭环制导系统固定时间稳定; 通过和非奇异终端滑模制导律的仿真对比, 验证了所设计的制导律具有良好的拦截精度和鲁棒性。
三维拦截制导律 终端攻击角约束 终端滑模 超螺旋算法 three-dimensional interception guidance law terminal attack angle constraint terminal sliding mode super-twisting algorithm
南京航空航天大学自动化学院先进飞行器导航、控制与健康管理工业和信息化部重点实验室, 南京 211100
针对小型固定翼无人机在未知环境下, 面对墙壁等连续型障碍物不能快速实时防撞的问题, 提出了一种结合多幂次滑模趋近律和超螺旋观测器设计的无人机避障控制方法。首先通过空间位置关系和无人机运动学方程建立无人机避障系统数学模型, 进而利用多幂次滑模趋近律快速收敛的特性设计了无人机避障制导律; 同时考虑到传感器误差和系统建模等造成的不确定性, 引入了超螺旋干扰观测器加以补偿, 并对系统的收敛性加以证明。仿真结果表明, 所提出的避障控制策略能够使无人机快速避开连续障碍, 同时对传感器扰动有较强的鲁棒性。
固定翼无人机 实时避障 制导律 多幂次滑模趋近律 超螺旋干扰观测器 fixed-wing MAV reactive obstacle avoidance guidance law multi-power reaching law of sliding mode control super-twisting disturbance observer
1 西北工业大学 精确制导控制研究所, 陕西 西安 710072
2 复杂系统控制与智能协同技术重点实验室, 北京 100074
针对红外成像制导导弹协同攻击问题，基于网络同步原理，考虑导引头视场角、攻击时间协同及攻击角度协同约束条件，提出了一种面向协同探测的分布式协同制导律。建立了包含弹目距离、视线角等在内的弹目相对运动方程，并通过坐标转换将攻击时间及攻击角度协同问题转化为弹目距离及弹目视线角的一致性收敛问题。在一致性问题求解过程中，应用分布式一致性策略计算满足导引头视场角约束的纯比例导引的修正量及切向加速度，从而实现了红外成像制导导弹满足导引头视场角约束的攻击时间协同和攻击角度协同，并给出了制导律成立的充分条件与参数的规范化设计方法。设计的分布式制导律具有满足视场角约束、无中心节点、适应非定常导弹速度、通讯代价小的优点，可以有效适用于红外成像制导导弹进行分布式协同制导。
红外成像制导导弹 网络同步原理 分布式协同制导律 infrared imaging guided missile network synchronization principle distributed cooperative guidance law 红外与激光工程
2019, 48(9): 0904007
1 北京电子工程总体研究所, 北京 100854
2 中国长峰机电技术研究设计院, 北京 100854
传统三维制导律设计通常将三维空间分成垂直面和水平面分别考虑, 容易导致耦合信息的缺失, 同时没有考虑导弹红外导引头对导弹头部热流密度的限制和终端速度约束。针对以上问题, 基于具有推力可控能力的导弹, 在视线旋转坐标系的视线瞬时旋转平面内进行制导律设计。该制导律包含根据运动伪装理论设计的一种新的满足运动伪装条件的视线法方向加速度指令, 以及通过变系数加权法综合考虑导引头热流密度限制及终端速度约束的视线方向加速度指令。数值仿真结果表明了存在导引头初始对准误差时, 该制导律在满足红外导引头对导弹头部的热流密度限制、终端速度约束以及轴向过载限制下对高速机动目标制导性能良好, 视线角速率可控制在3 ( °)/s以下, 具有一定的工程应用价值。
三维制导律 推力可控 运动伪装 导引头 热流密度 终端速度 3D guidance law thrust control motion camouflage seeker heat flux terminal velocity 红外与激光工程
2018, 47(3): 0304004
