天基反临近空间目标弹道与制导技术研究

论文摘要

在研究临近空间飞行器技术的同时开展反临近空间目标的相关技术研究具有重要的战略意义。本文以天基反临近空间目标的对抗形式为基础,对其弹道与制导技术进行研究。主要研究内容如下:研究了天基反临近空间目标的对抗模型。对临近空间目标的特性进行研究,以平流层飞艇为例,分析了其飞行特性以及结构特性,并对低动态临近空间飞行器的军事价值进行了探讨;建立了两种天基反临近空间目标的作用模式,通过分析两种作用模式的作战特点最终给出了天基反临近空间目标的作战方案。研究了子飞行器打击临近空间目标的再入弹道规划。从滚转角的最优控制问题出发,先建立子飞行器再入动力学方程,再通过拟平衡滑翔条件得到滚转角的近最优控制律,并且将再入走廊的不等式约束转化到滚转角-速度剖面;将轨迹优化问题转化为单参数搜索问题,覆盖区域则通过计算一系列与给定虚拟目标点距离最小的弹道来生成;利用MATLAB仿真弹道,对提出的覆盖区域生成方法进行验证。设计了子飞行器上搭载的导弹与子飞行器分离后的精确制导律。建立导引段的动力学模型,分析比例导引律导引系数的变化对于视线角及视线角速率的影响,并以此为基础设计了一种导引系数自适应更新的策略;给出导引系数自适应更新的制导流程,利用MATLAB仿真考虑了误差干扰和不考虑误差干扰两种情况下的弹道并且与最优导引律的弹道对比,对自适应比例导引律的有效性和鲁棒性进行验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相关技术研究进展
• 1.2.1 天基对地打击武器研究进展
• 1.2.2 飞行器再入制导技术研究综述
• 1.2.3 带有终端角度约束的末制导技术
• 1.3 论文主要工作及创新点
• 第二章 天基反临近空间目标对抗模型
• 2.1 临近空间目标特性研究
• 2.1.1 飞行特性
• 2.1.2 结构特性
• 2.1.3 军事价值
• 2.2 天基反临近空间目标作用模式
• 2.2.1 天基平台释放动能武器对临近空间目标攻击
• 2.2.2 天基平台释放携带精确制导炸弹的子飞行器对临近空间目标攻击
• 2.3 本章小结
• 第三章 子飞行器再入打击弹道规划
• 3.1 最优控制问题分析
• 3.1.1 子飞行器再入动力学方程
• 3.1.2 近最优的滚转角控制律
• 3.1.3 路径约束
• 3.2 再入覆盖区域问题分析
• 3.2.1 给定目标点求最小距离
• 3.2.2 给定纵向射程求最大横程
• 3.3 快速生成覆盖区域
• 3.3.1 求解最大横程问题
• 3.3.2 覆盖区域的快速生成
• 3.4 仿真结果及分析
• 3.4.1 给定单个目标点的仿真结果
• 3.4.2 覆盖区域快速生成仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 子飞行器导弹释放后的制导律设计
• 4.1 导引段动力学模型
• 4.1.1 坐标系及其相互关系
• 4.1.2 导弹质心运动方程
• 4.1.3 相对运动方程
• 4.2 最优导引律
• 4.3 自适应比例导引律
• 4.3.1 比例导引律分析
• 4.3.2 导引系数自适应更新
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.4.1 不考虑误差影响的仿真结果
• 4.4.2 考虑误差影响的仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 子飞行器模型参数