大气层外多拦截器最优目标分配及微分对策协同制导律研究

发布时间：2020-07-14 22:37

【摘要】：大气层外多拦截器是一种新型的弹道导弹防御作战形式,能够有效提高拦截弹对多目标的拦截能力,并降低费效比。多拦截器代表了未来动能拦截武器的发展方向,其研究和发展情况备受关注。本文以大气层外多拦截器对多目标的拦截问题为背景,对多拦截器的目标分配及制导控制方法进行研究,主要内容包括:针对大气层外多拦截器对多个目标的协同拦截问题,推导了拦截器与目标的非线性相对运动方程,并考虑拦截器和目标的任意阶线性动态特性,以零控脱靶量为状态参数建立平面内的线性相对运动模型。基于可达集、拦截概率密度函数和目标位置概率密度函数,提出一种拦截概率估计方法,并建立了多拦截器目标分配模型;基于贪婪优化算法对传统遗传算法进行改进,提高了对多拦截器目标分配问题的求解速度及解的质量;针对大规模目标分配问题,提出一种基于多拦截器间通信的分布式目标分配方法,具有通信需求低、计算量小、求解速度快、可扩展性好等优点。通过目标分配,多拦截器对多目标的拦截问题被分解为多个单枚拦截器对单目标以及多枚拦截器对单目标的子拦截问题。针对单枚拦截器对单目标的拦截问题,基于微分对策理论分析了平面内拦截器与目标追逃问题的最优控制策略,得到了适用于任意初始条件和动态特性的拦截捕获条件;研究了基于状态黎卡提方程(State-Dependent Riccati Equation,SDRE)的非线性微分对策求解方法,提出了一种基于SDRE的非线性微分对策制导律,与线性二次型微分对策制导律相比具有精度高、鲁棒性强等优点。针对多枚拦截器对单目标的拦截问题,建立了多拦截器对单目标的协同拦截微分对策模型,以二对一拦截为例对多拦截器的协同策略进行研究,提出一种零控脱靶量两侧逼近的协同拦截策略,并基于线性二次型微分对策理论设计了具有角度约束的微分对策协同制导律,通过仿真验证了该制导方法的优越性。拦截器制导系统的性能与姿态控制精度息息相关,拦截器的高精度姿态控制性能是实现对目标高精度拦截的必要条件。在实际作战过程中,拦截器可能受到执行器故障、系统不确定性及外部扰动等因素的影响,导致姿态控制性能下降。为提高拦截器的姿态控制精度,设计一种自适应参数更新方法,对姿态控制系统的不确定性上界进行估计和补偿;提出一种满足有限时间收敛的拦截器自适应容错姿态控制方法,并通过仿真验证了该方法的有效性和优越性。本文对大气层外多拦截器的关键技术进行了探索,研究了多拦截器的目标分配、拦截制导方法、协同策略、姿态控制方法等重要问题,提高了多枚拦截器对多目标的拦截性能,得到的研究成果对大气层外多拦截器的发展具有一定的借鉴意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ765.3
【图文】：

- 2 -图 1-1 MKV-L 示意图Fig. 1-1 Schematic view of MKV-L的 MKV 方案称为 MKV-L，包括一个运载的拦截器（Kill Vehicle，KV），如图 1-

图 1-2 MKV-L 悬浮测试Fig. 1-2 MKV-L hovering test的 MKV 方案称为 MKV-R，包括若示。KV 直径约为 25 厘米、长约 4立的传感器、数据链以及软件和推

MKV-R示意图

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本文编号：2755588