[发明专利]考虑全捷联导引头视场约束的三维制导控制一体化设计方法

说明书

本发明涉及一种考虑全捷联导引头视场约束的三维制导控制一体化设计方法，该方法首先建立全捷联导引头视线解耦模型、三维空间内导弹‑目标的相对运动模型以及弹体姿态控制系统模型；再选择状态变量和系统输出变量，建立考虑视场角约束的三维制导控制一体化状态空间数学模型；采用障碍Lyapunov函数、自适应干扰观测器以及动态面控制相结合的控制方法。由于采用障碍Lyapunov函数、自适应干扰观测器以及动态面控制相结合的控制方法，同时满足了制导精度和全捷联导引头视场角约束条件，保证了导弹制导控制过程中全捷联导引头探测的体视线角满足导引头视场约束。

技术领域

本发明属于航天技术领域，涉及一种三维场景下的制导控制一体化设计方法，特别涉及一种在考虑全捷联导引头视场约束的三维制导控制一体化设计方法。

背景技术

随着制导武器小型化、低成本化的发展，将探测器件与弹体固联安装的一类全捷联导引头受到越来越多的关注，这类导引头非常适合在空间有限的无人机载导弹或单兵便携式战术导弹上使用。然而，全捷联导引头也存在一定的固有缺陷，首先，此类导引头的探测器光轴不再与弹体运动隔离，这使得基于惯性视线角速率信息的传统比例导引方法无法直接使用，需要进行额外的捷联解耦，另外，全捷联导引头的视场有限，过大的姿态调整很容易导致目标逃逸导引头视场，从而引起导弹脱靶。

针对全捷联导弹制导控制系统，传统的设计方法主要包括以下几个步骤，首先进行捷联解耦，得到惯性系下的视线角速率信息，然后基于频谱分离的思想分别设计制导子系统和控制子系统，再将二者进行整合。这种设计方法并不总能实时地协调各个子系统之间的关系，对于射程较近的单兵武器很容易失稳，无法满足设计需要。为了提高制导控制系统的可靠性及总体性能，需要充分利用导弹制导系统与控制系统之间的相互作用进行导弹制导控制一体化设计。

文献1“带落角约束的BTT飞行器制导控制一体化方法研究.哈尔滨工业大学硕士学位论文,2011.”公开了一种满足落角约束的BTT飞行器制导控制一体化设计方法。该方法应用多滑模面滑模控制理论，满足了三维攻击过程的落角约束。然而，落角是属于制导范畴的物理量，满足落角约束并不能从根本上确保视场角度满足约束，因此该方法无法确保全捷联导引体制下的视场角限制。

文献2“考虑全捷联导引头视场约束的制导控制一体化设计方法.国家发明专利，201710023831.4，2017年.”公开了一种考虑导引头视场限制的导引与控制一体化设计方法。该方法将捷联解耦原理和状态约束控制方法相结合，满足了攻击过程导引头视场约束。然而，该方法假设导弹在二维纵向平面内对目标进行拦截，无法模拟真实战场环境中的三维拦截情景，因此该方法具有局限性。

综上所述，现有制导控制方法难以从理论上同时满足三维攻击场景下制导精度和全捷联导引头视场角约束条件，并且国内外针对全捷联视场约束下的三维制导控制一体化设计方法还未见公开文献。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种考虑全捷联导引头视场约束的三维制导控制一体化设计方法。

技术方案

一种考虑全捷联导引头视场约束的三维制导控制一体化设计方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立全捷联导引头视线解耦模型、三维空间内导弹-目标的相对运动模型以及弹体姿态控制系统模型；

(a).建立全捷联导引头视线解耦模型

其中，η_BL,ε_BL分别表示体视线方位角和体视线高低角，分别表示体视线方位角速率和体视线高低角速率，η,ε分别表示惯性系下弹-目相对视线方位角和高低角，分别表示惯性系下的弹-目相对视线方位角速率和高低角速率，ψ,分别表示偏航角和俯仰角，分别表示偏航角速率和俯仰角速率，由下式给出：