天基对地打击武器具有任意时刻发射,快速响应,精确接近,高度自主,大范围机动等特 点,是实现远程精确打击和力量投送的新型战略平台.本文分别以天基对地打击动能武器和轨道轰炸飞行器为对象,重点研究了打击轨道的规划及制导技术,主要研 究成果如下: 研究了天基对地打击动能武器的全轨道优化设计方案,其基本思路是根据庞特罩亚金极大值原理将打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题,并利用"遗传算 法+序列二次规划"的组合优化算法求解伴随变量初值与部分再入设计参数.横程最大,时间最短和燃料最省等不同性能指标下的轨道优化仿真结果验证了... 展开 天基对地打击武器具有任意时刻发 射,快速响应,精确接近,高度自主,大范围机动等特点,是实现远程精确打击和力量投送的新型战略平台.本文分别以天基对地打击动能武器和轨道轰炸飞行器为 对象,重点研究了打击轨道的规划及制导技术,主要研究成果如下: 研究了天基对地打击动能武器的全轨道优化设计方案,其基本思路是根据庞特罩亚金极大值原理将打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题,并利用"遗传算 法+序列二次规划"的组合优化算法求解伴随变量初值与部分再入设计参数.横程最大,时间最短和燃料最省等不同性能指标下的轨道优化仿真结果验证了上述方案 的有效性.在此基础上,深入研究了武器系统对地覆盖,控制变量的象限确定以及过渡段划分模式等具体问题. 提出了基于间接法与直接法的天基对地打击动能武器全轨道快速生成方案.前者根据离线优化得到的数据样本建立BP神经网络预测模型,然后利用序列二次规划对 网络预测值进行局部修正,由于预测值可实时获得且逼近最优值,故计算时间大为缩短;后者采用伪谱法将轨道优化问题转化为一系列代数方程的非线性规划问题, 在给出各离散点上的状态变量与控制变量的近似值之后,由序列二次规划迭代求解,由于无需积分运算,故轨道快速生成的要求亦得到满足. 研究了天基对地打击动能武器的再入解析预测制导方法.首先推导了零攻角再入弹道参数三维解析解,通过对解析偏差来源的分析,继而提出了相应的解析改进方 案;在此基础上借鉴牛顿迭代法的思想设计了速度倾角与航向角的迭代修正算法,并将其用于制导指令的产生.仿真结果表明,解析预测制导方法能有效提高再入弹 头的落点精度,且具有较强的实时性. 研究了轨道轰炸飞行器的过渡段轨道设计与制导方案.在初始点,再入点和再入角固定的前提下,根据冲量假设和二体假设分别设计了固定时间转移轨道和最小能量 转移轨道,其实质在于制动点位置和制动速度的确定.为消除设计偏差,提出了一种基于虚拟再入点补偿的有限推力制导方案.对于耗尽关机的动力系统,运用能量 管理技术实现了多余燃料的耗散,并通过仿真予以了验证. 探讨了轨道轰炸飞行器的再入段轨道在线规划与跟踪制导方法.利用伪平衡滑翔条件将再入走廊约束转化为控制变量约束,通过对倾侧角模型的参数搜索实现了纵向 参考轨道的快速生成,并设计了基于LQR方法的纵向跟踪律;为提高飞行器的机动突防能力,分析了考虑禁飞区约束的几何控制方案并将其用于侧向制导;为有效 控制飞行器的再入终端精度,提出了基于动态逆思想的末修段轨道在线设计与跟踪制导方案.仿真结果验证了上述方案的有效性. 详绌推导了三种具有术端落角约束的导引律.其中,自适应比例导引律采用导引系数闭环校正的方案以提高鲁棒性;准滑模变结构导引律根据优化算法确定制导参 数;复合导引律通过在最优导引律的基础上引入滑模变结构控制提高抗干扰能力,并采用RBF神经网络自适应调节切换项增益.仿真结果表明,上述三种导引律各 有适用范围,但与经典的最优导引律相比,鲁棒性均明显增强. 本文所作工作可为未来天基对地打击武器总体方案的确定与关键技术的研发提供理论支撑,对空间飞行器轨道转移,高超声速飞行器再入制导以及战术导弹精确末制 导等领域的研究亦具有一定的参考价值. 收起
