采用目标能观性主动增强制导律的制导方法

本发明涉及飞行器的制导控制方法，具体涉及一种采用目标能观性主动增强制导律的制导方法。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，作战方式也在不断变化，武器的先进性直接影响着战争的局势，导弹等飞行器的精确性越来越成为现代战争制胜的关键因素。在飞行器的末制导阶段中，导引头的性能对成功拦截目标起到了至关重要的作用，从弹载导引头中提取所需信息是实现各种飞行器不同制导律的关键。

2、目前，各类导引头已广泛应用于不同的场合，满足不同的精确制导要求。根据安装结构形式的不同，导弹导引头可分为框架式导引头和捷联式导引头。与框架式导引头相比，捷联式导引头结构简单、抗干扰能力强、成本低廉，因此被广泛应用于制导炮弹、反坦克反舰战术导弹以及对抗非机动目标的导弹等飞行器之中。然而，这种应用捷联式导引头的被动寻的导弹武器系统的弱点也很明显，即需要依据纯方位信息实现目标拦截。

3、捷联式导引头只能测量相对方位或弹目视线角(l 0s)，这意味着只装备捷联式导引头的飞行器无法直接使用比例导引律(png)及其变体进行制导，而是需要由方位角测量值通过特定的滤波方法估计得到目标的位置和速度等信息后再进行制导律的实现。因此，目标的能观性就成为了纯方位角测量问题的基本要求一一如果不能保证依赖于弹目相对运动的目标能观性，则很难实现对目标信息进行精确估计。不准确的估计又将反过来影响制导性能，最终影响命中精度。由上述可知，研究一种制导策略，使导弹具有增强能观性以获得良好估计性能以及提供令人满意的末端性能的双重作用，对采用捷联式导引头的导弹对目标的精准打击具有重要意义。

4、目前，专家学者们对双控制导策略的探索大多局限于在制导回路中引入不同类型的反馈、弹道调制或改变机动策略来间接提高目标的能观性。还没有在制导律的层面上考虑目标能观性的方案；同时，现行的绝大多数制导律均在静止目标的框架下进行设计，不能证明适用于目标机动的情况。此外，此前人们对目标能观性增强制导律的研究多以线性化的导弹运动学模型为被控对象，事实上，目标能观性的增强将导致弹道弯曲，弹道的弯曲将使小角度假设失效，引起线性化误差。

5、基于上述问题，本发明人对飞行器制导控制方法做了深入研究，针对现有研究所面临的不足，设计一种适用于非线性系统的能观性增强型制导律，将更为清晰地指出目标能观性定量指标并更具目的性地对其进行优化，使目标状态的估计性能较前人的研究结果而言更为卓越。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，该方法中，将弹目视线角速率的积分作为最优控制的定量指标，通过将弹目视线角速率的积分最大化来实现目标能观性的最大化，最优控制的优化目标由终端零控脱靶量和飞行过程中的目标能观性指标来定义，同时希望飞行过程中能量消耗尽量小。在飞行器末制导过程的初始阶段，着重使目标能观性最大化，而在飞行器即将命中目标时，着重使命中精度最优，由此，可以使制导律实现同时具有增强能观性以获得良好估计性能和保证命中精度的双重作用；从而完成本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供一种采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，该方法包括如下步骤：

3、步骤1，在飞行器发射前，向飞行器上装订初始参数，所述初始参数包括飞行器状态初始值、目标状态初始值和滤波器初始参数；

4、步骤2，在飞行器发射后，通过飞行器上的导引头实时测量获得飞行器与目标视线角信息，通过飞行器上的惯性系统实时获得飞行器的位置和飞行器的速度信息；

5、步骤3，基于获得的信息，得到弹目相对距离沿惯性系各轴的分量、弹目相对速度沿惯性系各轴的分量；

6、步骤4，根据目标能观性主动增强制导律实时获得飞行器的需用法向加速度；根据需用法向加速度控制飞行器舵机打舵工作，直至飞行器命中目标。

7、其中，在步骤4中，所述目标能观性主动增强制导律通过下式(一)实时获得飞行器的需用法向加速度；

8、

9、其中，am表示需用法向加速度；

10、n表示比例系数；

11、vr表示飞行器与目标的相对速度大小；

12、表示飞行器与目标视线角速度；

13、γr表示飞行器与目标的相对速度矢量方位角；

14、γm表示飞行器的速度矢量方位角。

15、其中，所述比例系数n通过下式(二)获得：

16、

17、其中，r表示飞行器与目标的相对距离；

18、ω1表示目标能观性惩罚参数；

19、优选地，所述目标能观性惩罚参数ω1的取值为常数，通过调整所述目标能观性惩罚参数ω1的取值，能够增强或降低该目标能观性主动增强制导律的目标能观性能力。

20、其中，所述目标能观性惩罚参数的取值为1×10-4＜ω1＜7.48×10-4；

21、优选地，ω1＝6×104。

22、其中，式(一)中的cos(γr-γm)通过下式(三)获得：

23、

24、其中，k表示目标速度大小与飞行器速度大小的比；

25、vm表示飞行器的速度大小。

26、其中，通过下式(四)获得：

27、

28、其中，σ表示飞行器与目标视线角。

29、其中，飞行器与目标的相对速度大小vr通过下式(五)获得：

30、

31、其中，γt表示目标的速度矢量方位角。

32、其中，飞行器与目标的相对速度矢量方位角γr通过下式(六)获得：

33、

34、本发明所具有的有益效果包括：

35、(1)、根据本发明提供的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，在相对坐标系下建立导弹目标的相对运动学模型；无需像惯性系下建模一般，在解算过程中对模型进行线性化处理，而是直接通过非线性模型进行问题描述，最终求解得到制导规律的解析解，使得应用的运动学模型更为精确且合理；

36、(2)、根据本发明提供的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，将弹目视线角速率的积分作为目标能观性的优化对象，并在最优制导律框架下进行制导律的求解，使制导律对满足提高目标能观性的要求更具目的性和针对性；

37、(3)、根据本发明提供的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，适用于非线性运动学模型，且适用于目标做匀速直线运动的情况；

38、(4)、根据本发明提供的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，能够提高飞行器在仅测角条件下对目标状态的估计精度，从而提高飞行器拦截目标的命中精度；

39、(5)、根据本发明提供的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，以弹目相对距离作为自变量设计性能指标，使最终求解得到的制导律不依赖于剩余飞行时间，避免了剩余飞行时间经典估计方法的不准确性对制导性能造成的影响。

技术特征：

1.一种采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种采用目标能观性主动增强制导律的制导方法，该方法中，采用目标能观性主动增强制导律进行制导控制，在目标能观性主动增强制导律中，将弹目视线角速率的积分作为最优控制的定量指标，通过将弹目视线角速率的积分最大化来实现目标能观性的最大化，最优控制的优化目标由终端零控脱靶量和飞行过程中的目标能观性指标来定义，同时希望飞行过程中能量消耗尽量小。在飞行器末制导过程的初始阶段，着重使目标能观性最大化，而在飞行器即将命中目标时，着重使命中精度最优，由此，可以使制导律实现同时具有增强能观性以获得良好估计性能和保证命中精度的双重作用。技术研发人员：何绍溟,吴紫怡,王江,林德福,王亚东,郑小波,柴剑铎,罗皓文受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17