助推滑翔飞行器自适应全程制导与机动突防策略研究

This project will study the all-course adaptive guidance and maneuver penetration problems under a variety of complex constraints and large deviations for boost-glide vehicle. The trajectory characteristics of each flight phase are analyzed and the guidance models are established. The nonlinear optimal control and robust control method are used to solve the two-point boundary value problem and design the adaptive guidance law which is independent of the standard trajectory and adaptable to the diversified flight mission. As to the influence of large deviation on the guidance precision, a robust guidance strategy based on the online identification of the deviation is proposed. In order to enhance the penetration performance, the maneuver model is constructed, and the low-trajectory penetration strategy of the boosting phase, the combined maneuvering strategy of the gliding phase and the optimal maneuvering strategy of the diving stage are proposed. For the unified coordination problem between precision guidance and maneuvering, the attack-defense encounter model and penetration performance evaluation criteria are established, and the all-course maneuvering penetration strategy considering guidance accuracy is introduced. The research results will form a set of multi-constrained and multi-objective guidance and maneuvering penetration theory for boost-glide vehicle, promote the development of the non-linear control and multi-objective coordination theory in the field of guidance applications, and provide a technical reference for guidance and penetration of hypersonic vehicle, ballistic missile, maneuvering warhead, cruise missile and so on.

本项目研究多种复杂约束及大偏差条件下的助推滑翔飞行器自适应全程制导与机动突防问题。分析各飞行阶段的弹道特性并建立制导模型，利用非线性最优控制与鲁棒控制方法求解两点边值问题，研究脱离标准轨迹并能适应多样化作战任务的自适应制导方法；针对环境与本体大偏差对制导精度的影响，提出基于偏差量在线辨识的鲁棒制导策略。为增强突防性能，从实际应用的角度构建机动任务模型，提出助推段低弹道突防策略、滑翔段混合机动策略以及俯冲段最优机动策略；针对精确制导与机动突防的统一协调问题，建立攻防对抗模型，提出飞行器突防性能评价准则，研究考虑终端制导精度的全程机动突防策略。研究成果将形成一套多约束多目标助推滑翔飞行器全程制导与机动突防理论体系，推进非线性控制以及多目标协调决策等理论在制导领域的应用与发展，为高超声速飞行器、弹道导弹、机动弹头、巡航导弹制导与突防问题的研究提供技术参考。

项目以实现助推滑翔飞行器自适应全程制导与机动突防为目标，基于对各飞行阶段弹道特性与制导任务的分析，研究非程序助推制导问题、脱离标准弹道的自适应滑翔制导问题以及考虑机动突防的俯冲三维制导问题。. 研究了终端能量大范围可调的低弹道非程序助推制导方法。设计了用于第一级制导的攻角控制模型，并利用牛顿迭代方法计算了制导参数；在速度坐标系下建立了制导模型，以能量最优为性能指标设计了能够满足终端高度与速度倾角约束的解析最优制导律；利用RPM优化方法分析了助推终端能量调节域，提出了剩余能量在各级的分配策略，进而利用预测校正方法控制终端速度大小，实现了终端能量大范围可调。. 提出了基于EKF气动在线辨识的鲁棒自适应滑翔制导方法。基于准平衡滑翔条件建立了最优制导模型，以能量最优为性能指标推导了能够满足终端经纬度、高度以及速度倾角约束的解析最优制导律。脱离平衡滑翔条件，纵向提出了分层制导策略控制飞行器达到平衡滑翔状态，并满足终端多种约束；侧向推导了能够实时消除航向误差的最优制导律。建立了气动系数模型，基于EKF对未知参数的在线估计值以提高鲁棒性。提出了针对多禁飞区的规避突防策略，以及禁飞区组网条件下的机动突防策略。. 研究了俯冲运动耦合作用下的三维鲁棒制导方法与最优机动策略。建立了俯冲三维耦合相对运动方程，采用H∞滤波方法估计未知信息，利用H∞鲁棒控制方法设计了制导律，并基于滤波输出值解算制导指令。针对俯冲机动制导问题，设计了能够满足终端约束并可实现机动飞行的俯冲弹道，利用滑模控制方法实现了弹道跟踪。为实现俯冲最优机动，构建了由速度与过载组成的突防性能评价指标，分别在拦截遭遇时刻确定及不确定两种情况下，设计了考虑制导精度及飞行器控制能力约束的最优机动策略。. 项目拓展了助推滑翔飞行器自适应全程制导问题与突防问题的研究范畴。研究紧密结合实际，对发展未来新型运载器、大气层内高超声速滑翔飞行器以及再入机动弹头具有重要借鉴意义。