[发明专利]考虑目标加速度方向观测的微分对策制导律设计方法

说明书

本发明公开了考虑目标加速度方向观测的微分对策制导律设计方法，步骤为：1）基于末制导前提获得导弹与目标的动力学方程；2）假设目标机动包含扰动机动和逃逸机动，导弹机动包含扰动机动和追捕机动，并结合相关的支付函数得到考虑扰动机动的微分对策问题；3）用状态依赖黎卡提方程方法对上述微分对策问题进行求解，得到考虑扰动机动的微分对策制导律；4）假设目标只进行扰动机动，导弹只进行追捕机动，简化3）中制导律，得到包含实时目标加速度的微分对策制导律；5）在延迟信息条件下，用目标加速度方向观测方法补偿得到目标加速度预测值；6）用目标加速度预测值取代4）中实时目标加速度值，得到考虑目标加速度方向观测的微分对策制导律。

技术领域

本发明涉及考虑目标加速度方向观测的微分对策制导律设计方法，涉及飞行器制导技术领域。

背景技术

导弹末制导是指在导弹在飞行末期，通过制导律为导弹提供飞行控制指令以帮助导弹击中目标。导弹制导律设计，对于导弹的作战效能有着直接地影响，得到当前主要军事大国的重点研究。

目前的导弹制导律可以主要分为两大类：古典制导律和现代制导律。古典制导律主要有追踪法、平行接近法、比例制导法、三点法和前置角法。其中追踪法始终保持导弹速度方向指向目标，虽然简单并易于实现，但是造成的结果是弹道弯曲，需要使用的导弹过载较大。平行接近法在飞行过程中保持导弹视线在空间中平行移动，弹道平直、需要使用的过载小于目标，但是需要精确测量速度、前置角信息。三点法需要基站参与作战过程，始终保持导弹在基站与目标之间的连线上，其抗干扰性较强，但是弹道弯曲，接近目标时需要使用的过载较大。前置角法是三点法的改进，拦截过程中保持导弹与基站的连线超前于目标与基站的连线，夹角按一定规律缩减，直至拦截目标，其抗干扰性能较差。上述古典制导法逐渐被淘汰，而比例制导法由于其技术上易于实现、鲁棒性较好、弹道较为平直依旧获得广泛使用。纯比例制导法对于固定目标，或者加速度为0的非机动目标拦截效果较好，但是在拦截机动目标时，效果较差。随后在纯比例制导法的基础上衍生出一系列改型，这类比例制导律在获得精确目标加速度信息条件下，可以得到较好的拦截效果。

现代制导律是基于现代控制理论设计出的以应对高机动目标的导弹制导律，常见的有最优制导律、滑模制导律、微分对策制导律。滑模变结构控制被用于控制非线性、不确定性系统，具有一定的鲁棒性。最优制导律基于最优控制理论，以脱靶量或者视线角速率为控制对象，通过减小这些量实现最终的拦截。上述的现代制导律和古典制导律在面对高机动目标时，只有在获得目标的机动信息时，才能实现有效的拦截，但是目标实时机动信息往往难以实时获得，这限制了上述制导律的在拦截高机动目标时的发挥。而微分对策制导律对于目标的机动信息依赖程度较低，即使目标的信息不准确，依旧可以获得较好的拦截效果，获得了世界各国的普遍重视与研究。

微分对策理论最早由Issacs博士在研究导弹拦截时，结合贝尔曼的动态规划而提出。自提出时起，便广泛应用于导弹制导律设计。在文献(李登峰.微分对策及其应用[M].国防工业出版社,2000)中对微分对策进行简单定义，即微分对策是指需要利用微分方程描述对策活动的一类对策。其目的是求出微分对策解，微分对策解又叫鞍点解，是对于决策双方最优的解，任意一方如果不采取鞍点解都会使得对方在博弈过程中受益。而导弹追逃问题属于天然的微分对策问题，利用微分对策方法设计制导律已得到广泛研究。

常见的导弹拦截模型有两种，零化脱靶量的拦截模型与零化视线角速率的拦截模型。基于零化脱靶量的拦截模型以导弹与目标的预测脱靶量为设计对象，但是往往导致状态空间维度较高，需要利用状态转移矩阵进行降维，需要用到剩余时间，对制导精度产生一定影响。而零化视线角速率的设计模型来源于平行接近法，研究发现如果视线角速率在0值处收敛，就表明导弹与目标处于碰撞三角形状态当中，双方最终可以实现碰撞，模型状态空间维度较小以便于设计。