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。

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。

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。

针对多无人机编队控制难题, 设计了一种基于虚拟长机与非线性视线导引律相结合的多机编队控制算法。将编队飞行过程分为航路飞行与航路切换两个阶段。在航路飞行阶段, 虚拟长机由非线性视线导引律生成参考点, 根据队形的几何位置生成实际编队飞机的期望参考点, 进而得到每架飞机保持编队队形所需的滚转角指令；在航路切换阶段, 虚拟长机采用圆弧飞行, 以虚拟长机作为编队飞机的期望参考点生成队形保持的滚转角指令。速度指令由虚拟飞机与编队飞机之间的距离误差得到。以某固定翼飞机的非线性仿真模型为基础, 设计典型“V”字队形, 通过数值仿真验证了多架飞机在航路飞行与航路切换阶段编队算法的可靠性与控制精度。

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。

针对导弹拦截机动目标有限时间约束问题，在末端制导阶段，考虑自动驾驶仪动态延迟特性建立弹目拦截系统数学模型，对于传统终端滑模导引律存在的奇异问题导致的导弹制导稳定性差等问题，提出了基于改进的扩张状态观测器的新型非奇异终端滑模导引律。该方法能够确保视线(LOS)角速率在有限时间内收敛到零，且在平衡点处快速收敛; 为了避免传统的扩张状态观测器(ESO)导致的曲线非光滑情况，通过改进扩张状态观测器准确估计外部扰动，并对系统进行状态补偿。设计地空导弹模型进行仿真验证，结果表明，该方法不但缩短了系统收敛时间，还提高了地空导弹制导精度。

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。

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。

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。

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。