武器-目标分配(WTA)与空地导弹的接力制导规划是远距离空地多目标攻击中亟需解决的难题,具有参数复杂、约束多、非线性强等特点。为此,建立多目标、多约束武器-目标分配与制导序列优化模型,优化目标为目标综合生存概率最小和总用弹量最少,约束条件涉及攻击机导弹配置、导弹毁伤能力、目标毁伤要求、制导站性能。对带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行改进,提出基于双序列编码的多种群NSGA-Ⅱ(DSMPNSGA-Ⅱ),通过优化WTA序列和制导站序列,实现WTA方案及各导弹制导序列的优化。在DSMPNSGA-Ⅱ中,使用深度优先搜索-Dijkstra算法搜索空地导弹制导序列,改进交叉和变异操作,以减少非可行解的产生,引入多种群策略提升算法性能。仿真结果表明,DSMPNSGA-Ⅱ能够获得有效的WTA与空地导弹接力制导方案,并且求解质量优于单种群NSGA-Ⅱ和多目标粒子群优化算法。

针对导弹的攻击时间控制问题,基于比例导引法和数据驱动方法设计出一种不依赖剩余飞行时间信息的两阶段攻击时间控制导引律。第1阶段为攻击时间控制阶段,在比例导引法框架下仿真构建弹道倾角与导弹飞行状态之间的关系数据集,利用神经网络方法离线训练出相应的映射网络模型,根据该映射网络可在导弹飞行过程中实时解算攻击时间对应的理想弹道倾角,导引指令将控制实际弹道倾角收敛至该理想弹道倾角;第2阶段则直接采用比例导引法,最终实现导弹攻击时间控制。不同条件下的仿真结果验证了该导引律的可行性和有效性,与现有同类导引律相比,所设计导引律对攻击时间的控制精度更高、所需控制能量更少。理论分析表明,该导引律可通过更换映射网络推广至攻击角度控制。

针对高超声速拦截器精确打击高超声速机动目标的攻防博弈制导问题,提出一种基于自适应动态规划(ADP)的微分对策三维制导律。将高超声速攻防博弈三维制导问题分解在纵向平面和侧向平面分别进行制导律设计。在纵向平面内建立高超声速二人零和微分博弈问题模型,设计非二次型代价函数以满足控制约束,并通过Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程得到高超声速拦截器和目标的微分博弈最优策略。由于HJI方程无法直接得到解析解,利用ADP方法,引入评价神经网络逼近最优代价函数,进而得到攻防博弈双方的倾侧角幅值最优指令。在侧向平面内建立平行接近倾侧角反转逻辑实现侧向制导。仿真结果表明,该制导律能够在攻防博弈双方的控制约束内,实现高超声速拦截器在高超声速目标机动躲避拦截情况下的精确打击。

协同打击是提升飞行器集群整体作战效能的重要模式。针对密集飞行器集群协同打击目标过程中存在的相互碰撞或彼此干扰问题,建立典型的多目标协同打击的任务场景模型,揭示飞行器集群协同运动过程中的机动规律;基于效用函数最优理论研究避免碰撞的飞行器集群协调最优机动策略,保证飞行器之间避免碰撞。考虑飞行器集群协同制导中的时间/空间同步到达约束,采用基于时间管控的多约束协同制导策略,同时满足到达时间和脱靶量要求;引入基于冲突触发的协同避碰机制,提出兼顾避碰和协同打击的协同调整策略,求得满足避免碰撞与时空同步的协同制导方法。仿真结果表明,新提出的考虑避碰约束的飞行器集群协同制导方法能够保证飞行器间的安全距离约束,具有较强的协同时间管控能力和较高的制导精度,且仅需较少迭代计算,降低了对机载处理器的要求,为飞行器集群协同打击中的避碰问题提供了一种解决方法,具有较强的工程应用价值。

针对旋转弹采用捷联导引头和弹体追踪导引律时可能导致锥形运动失稳的问题,推导了捷联导引头在非旋转弹体坐标系下的动力学模型,建立了复数形式的弹体追踪制导控制系统数学模型;在不同弹体转速及阻尼回路增益情况下,分别考虑导引头响应延迟和陀螺标度因数误差,分析了上述制导控制系统的稳定性,并使用数值方法求得使其稳定的特征参数取值范围。研究结果表明:导引头延迟角越大,使系统稳定的制导回路增益上限越小;陀螺标度因数误差系数大于1时,使系统稳定的制导回路增益上限会变大,当陀螺标度因数误差系数小于1时,使系统稳定的制导回路增益稳定上限会变小。

为实现动态障碍物环境下飞行器对目标的打击以提高其工程适用性,建立飞行器与障碍物以及飞行器与目标的运动学模型。在控制障碍函数的基础上进行拓展,结合速度障碍法对飞行器速度施加约束,与现有的比例制导律构建二次优化问题,得到闭式解形式的避障制导律。数值仿真并分析轨迹和过载曲线的特性。研究结果表明:所提出的避障制导律可以实时地避开运动障碍物并打击目标,有较好的全局特性;与已有避障制导律相比,过载曲线更加平缓且饱和过载占比小。

针对射表解算激光末制导炮弹射击诸元存在较大的截断误差及无法快速精确解算的缺陷,提出一种基于多模型网络的射击诸元快速精确求解方法。建立制导炮弹6自由度弹道模型,分析初始条件中表尺、程装等对射程的影响。考虑气温、气压和风干扰等因素对求解结果的影响,应用最小二乘法对气温、气压进行拟合,采取层权的方式求取精确弹道风,作为网络模型的部分输入。利用数学仿真手段批量化生成样本,对深度神经网络中的每个模型进行离线训练。对新方法进行数学仿真和飞行试验验证。仿真和试验结果表明,相对于传统的射表,新方法求解精度高,误差率小于0.2%。

面向三维场景下的多导弹协同攻击机动目标问题,基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论,设计考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上,基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律,驱动弹群以期望的攻击时刻协同拦截机动目标,并避免滑模固有的抖振问题;考虑视线法向的空间约束,基于固定时间非奇异终端滑模控制理论设计一种鲁棒自适应滑模制导律,在实现终端碰撞角约束的同时避免弹群间碰撞。通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:所设计三维协同制导律可以有效控制多发导弹在期望攻击时刻同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。