[发明专利]一种带碰撞角约束的固定时间滑模制导律设计方法

说明书

本发明公开了一种带碰撞角约束的固定时间滑模制导律设计方法，基于地面发射坐标系建立针对机动目标的三维弹目数学模型；根据所述三维弹目数学模型，得到弹目视线角的二阶动态方程；设计固定时间非奇异终端滑模；基于所述弹目视线角的二阶动态方程，采用终端滑模控制方法，将视线角被控状态量，根据固定时间非奇异终端滑模构建固定时间滑模面，设计得到带碰撞角约束的固定时间滑模制导律。本发明设计制导律的收敛时间上界独立于弹目初始条件，可以被预先设定，可适用于一些初始状态未知的作战场景下。本发明所设计的制导律结构简单，制导系统收敛速度更快，导弹拦截时间更短且拦截精度高，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于导弹制导技术领域，具体涉及一种带碰撞角约束的固定时间滑模制导律设计方法。

背景技术

随着军事技术的不断进步，现代战争中的进攻弹向着高速、大机动方向发展。为了有效摧毁来袭目标，以直接碰撞为要求的动能杀伤技术成为了研究的热点。同时在末制导过程中，要求制导系统能够保证较高制导精度、有限时间收敛和以期望角度撞击目标，以使作战毁伤效果最大化，这对制导律的设计提出了更高的要求。经典的比例导引律因其便于实现的特点被广泛应用，但对大机动目标的制导效果却并不理想。针对拦截机动目标的问题，近些年来应用现代控制理论方法进行末制导律设计的方法成为研究重点，如最优制导律、滑模制导律、微分对策制导律等。

滑模控制对系统不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性，同时具有结构简单、易于实施和快速响应等优点，因此被应用于制导律设计(Kumar SR , Ghose D. Three-dimensional impact angle guidance with coupled engagement dynamics.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part G Journal ofAerospace Engineering, 2017,231(G4):1-21)并取得了一些研究成果。传统滑模制导律采用线性滑模面，弹目视线角和角速率是渐进收敛的，收敛时间趋于无穷。但实际的制导时间通常较短，所设计的制导律应满足有限时间收敛以符合实际需求。终端滑模控制方法通过引入非线性滑模面使系统状态能够在有限时间内收敛至平衡，对于高速机动目标的拦截，可构造相应的终端滑模面进行制导律设计，实现有限时间收敛。

现有的滑模制导律多集中于有限时间收敛。然而，有限时间终端滑模控制的收敛时间上限依赖于系统初始条件。在实际制导过程中拦截弹和目标的初始状态通常难以准确获得，且不同的初始条件计算所得到的收敛时间也不同，在一定程度上影响了实际应用。

发明内容

为解决现有技术中限时间收敛的局限性，本发明的目的在于提供一种带碰撞角约束的固定时间滑模制导律设计方法，以实现精确制导。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种带碰撞角约束的固定时间滑模制导律设计方法，包括如下过程：

基于地面发射坐标系建立针对机动目标的三维弹目数学模型；

根据所述三维弹目数学模型，得到弹目视线角的二阶动态方程；

设计固定时间非奇异终端滑模；

基于所述弹目视线角的二阶动态方程，采用终端滑模控制方法，将视线角被控状态量，根据固定时间非奇异终端滑模构建固定时间滑模面，设计得到带碰撞角约束的固定时间滑模制导律。

优选的，所述三维弹目数学模型如下：