考虑目标状态可观测度的被动寻的导弹制导问题研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaocai
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被动寻的导弹通过敏感目标反射或辐射的能量形成制导指令,具有生存力强与效费比高等优点。为了满足现代化作战对制导精度和打击效能的需求,考虑打击落角和打击时间等约束的先进制导律得到了广泛研究。由于先进制导律依赖目标运动状态信息,而被动寻的导弹仅能测量方位角信息,所以需要利用目标运动分析技术,根据观测信息估计目标的运动状态,因而导弹对目标的观测性能将直接影响制导精度。对此,本文考虑目标状态的可观测度,对多约束下制导、多弹协同制导、多目标打击分配等问题开展理论与方法研究,以提高导弹对目标状态的估计精度,进而提升导弹或弹群的制导精度和打击效能。面向被动寻的导弹的制导过程,建立弹目相对运动学、落角约束和视场约束等基本模型。针对目标运动分析问题,建立目标典型运动模型、跟踪坐标系下的状态方程与测量方程,然后利用扩展卡尔曼滤波实现对目标运动状态的非线性估计。针对多弹协同打击任务,利用协方差交叉法完成多弹观测信息的有效融合。针对考虑落角、视场角和过载约束的导弹制导问题,提出一种不依赖剩余时间估计的改进圆弧制导律。首先,考虑初始速度方向角和终端落角约束设计具有双圆弧形式的期望飞行轨迹,并推导满足连贯性、过载和视场角约束的轨迹可行解集。然后,根据两段圆弧轨迹的不同特征,分别设计变系数比例制导律和滑模制导律,共同构成改进圆弧制导律。数值仿真试验结果表明,改进圆弧制导律能够满足复杂制导约束,且与最优制导律相比,可获得能量最优性相当的结果。综合考虑制导约束和目标状态可观测度,提出一种包含最优观测段和约束打击段的双阶段制导律。在最优观测段,构建基于Fisher信息矩阵行列式的非积分型可观测度指标,推导得到视场角约束下的最优超前角,然后基于有限时间收敛滑模控制理论,设计控制超前角的滑模制导律。在约束打击段,采用改进圆弧制导律以满足给定制导约束。数值仿真试验结果表明所提制导律能在满足打击约束的前提下降低目标状态估计误差,从而减小导弹脱靶量。面向多弹协同打击目标的任务需求,提出一种考虑目标状态可观测度的“领弹-从弹”协同制导框架,并设计多弹观测下的协同制导律。领弹采用考虑目标状态可观测度的双阶段制导律,从弹采用基于超前角控制协调变量的滑模制导律。从弹以相对弹目方位角之差作为协调变量可实现协同观测构型控制,以弹目距离之差作为协调变量可实现协同打击时间控制。仿真对比试验结果表明多弹观测下的协同制导律能够满足多弹协同打击任务需求,提高目标状态估计精度和协同打击精度。针对多目标协同打击问题,考虑协同观测性能对协同打击效能的影响,建立协同打击分配的非线性整数优化问题模型。提出一种支持多弹组合投标的拍卖算法,通过构建协同打击回报分配机制,支持多弹自主构成编组对目标进行组合投标,并设计拍卖迭代和投标更新策略以获得市场均衡的拍卖结果。数值仿真试验结果表明所提多目标分配算法获得的结果最优性与遗传算法相当,但具有更好的计算时效性。同时,对比仿真结果表明多弹协同观测相比于独立观测能够提高多目标分配结果对应的协同打击效能。
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