外文翻译-三维空间拦截的前置追踪变结构制导律

毕业论文英文翻译 专业名称 学生姓名 学 号 班 号 指导老师 报告日期 2014年 3 月 1日 三维空间拦截的前置追踪变结构制导律 葛连正 ,沈毅 ,高云峰 ,赵立军 (哈尔滨工业大学 控制科学与工程系，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要 为了解决导引头探测由于高速运动所引起的干扰问题，提出了空间拦截的前置拦截方式。在建立了前置追踪导引方式的三维制导模型的基础上，对机动目标拦截基于李亚普诺夫稳定性分析方法设计了一种前置追踪非线性变结构制导律。前置追踪制导律将拦截器导引到目标轨道的前方进行拦截，要求拦截器的速度小于目标导弹的速度。拦截器和目标导弹弹道拦截的三维数字仿真验证了制导模型和制导律的正确性。 关键词 : 前置追踪；三维制导模型；非线性变结构；李亚普诺夫定理；制导律 1 引言 在拦截战术弹道导弹的拦截，多用来探测目标的红外导引头。然而，检测精度往往是由于气动加热而退化 1。为了解决气动烧蚀问题，最近已开发的前置追踪（ 导律拦截导弹，它的位置在对其飞行轨迹的目标摧毁目标 2。利用该制导律，拦截器可以飞相同的方向与目标在一个较低的速度击中目标。相比于正面接触，低速度达到减少能源消耗。 指导方法是文献中的进一步改进。相对运动模型可以被视为两个垂直通道和制导问题每一个平面的问题。前置追踪变结构制导律进行了基于平面的模型。然而，由于实际导弹拦截发生在在三维空间中，一个三维的前置追踪指导方法在实际中是比较有用的。 各种经典制导方法已检查的三维制导拦截以来实施的三维纯比例导引律由艾德勒提出的起源 5。参考文献 6。已开发的三维制导模型，给出了基于李雅普诺夫稳定性理 论指导法。这些制导律只适宜迎面拦截，拦截方式和运动学模型不同于 指导方法。作为一个直观的强大的控制技术，滑模变结构控制12直在用各种指导应用用来解决大的建模误差和不确定性的非线性系统 不同于上述的研究，利用滑模理论提出了设计的制导律，基于三维前置追踪接触模型。这种指导法是通过一个导弹攻击机动目标的仿真验证。 2 前置追踪运动学模型 考虑一个典型的三维导弹的制导问题，作者认为：导弹和目标点质量；导弹的动力学特性被忽略；导弹和目标机动加速度只能改变速度方向。假设是合理的和经常使用的空气动力学 控制导弹的制导律设计。 前置追踪的三维拦截导弹目标最后阶段几何图如所示图 1。与传统的配置，目标 T 是位于较慢的拦截距离 M，目标和拦截器之间的距离是 R。 L 是线的瞄准线（ 量。，和是惯性坐标系，拦截体坐标系统和目标体坐标系分别为，是欧拉角。，和对，坐标单位矢量和相应是独立的。目标和拦截器速度和分别独立。 图 1 前置追踪的三维拦截导弹目标的几何图 在经典力学的帮助下，可以得出相对运动前置追踪的运动学方程，如下（具体略）。 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 和 别是拦截器速度矢量和目标速度矢量。 1 是 视线角速度矢量。 别是假定上的目标机动加速度和偏航机动加速度。 别是俯仰机动加速度和拦截器的偏航机动加速度。 前置追踪制导律要求拦截器的速度低于目标，所以速度比定义为 (7) 为了达 到目标，在拦截点 R = 0不仅是必需的，但也需要目标在方向上拦截飞行器，因此： , (8) , (9) 指导法的目的是使前置追踪的拦截器的达到这个点，这是限制的公式。 （ 8）-（ 9） 。因此，拦截器导角 需要与目标的铅角度相对瞄准线： , (10) 2是指导常数。因此，关系提到可以保证 T， M， M 抵消 T. 也就需要找出定义的条件之间的关系式（ 10）和导弹加速度。 3 前置追踪的变结构制导律 结构控制律 考虑非线性多输入多输出（ 统不确定性 (11) 为状态变量，控制变量，和的不确定非线性项。和载体的功能，它具有适当的说法。遥感目标的加速度干扰和，其中 b 是目标加速度的上限，这是一个正的常数。该控制方法的目的是设计控制信号这样的系统接近平衡点渐近，即， (12) 根据变结构控制理论，滑动面被定义为 (13) 是不断满足，在这之后 的控制律设计 (14) 在是无扰动的系统的等效控制项，是比例项，是对不确定因素的控制项。 (15) (16) (17) 其中 K P 是一个非负定矩阵。利用方程的控制规律引理式（ 14），式（ 11）是渐近稳定的。证明考虑李雅普诺夫函数 V = 2和判别式（ 13），取得了以下的方程： (18) 然后 (19) 可以看出，。这是很容易得出。因此，该系统是渐近稳定的，和滑模变结构控制理论的条件得到满足，因此引理 1成立 线性制导律的设计 因此，实现控制法只需知道目标的加速度范围，可用于拦截未知的加速度的目标的过程。通常没有控制在视线方向，只要其他参数保持在滑模面上。当目标捕捉拦截器的制导控制完成。其他的耦合参数可以被视为干扰，因此可以采用的设计方法 16单通道的制导律设计。 作者设计的非线性变结构控制制导律采用偏航通道为例。目的是使系统进入滑动面和保持系统的动态特性。根据公式。 （ 11），（ 13） -（ 14）， 变 量被定义为：是控制变量。是目标的加速度，这是一个系统的干扰，其中指导常数。因此滑动变量选择 (20) 根据式（ 11），获得以下 (21) (22) (23) (24) (25) (26) 显然，。考虑非线性变结构制导律上述设计方法，该制导律可以写成 (27) (28) (29) 其中是一个正的常数。然后偏航通道的制导律可以推导出 (30) (31) 同样，俯仰通道的制导律可以得到： 在和的俯仰通道的功能。该制导律需要估计目标和拦截器速度矢量，和相对距离和 个信息可以从标准的机载传感器获得的。 4 仿真结果 这一部分中使用模拟研究是在一个变速机动目标的情况下。前置追踪的非线性变结构性能制导律是总结在表 1仿真参数研究。 表 1仿真参数 运动轨迹 制导常数 初始条件 m/s km m/s m/ m/ 2给出了拦截弹道参数和惯性坐标系的目标。尽管大的初始航向误差，拦截逐渐接近预期的目标轨迹跟踪目标直至命中目标。 图 2 拦截仿真曲线 图 3给出了，的仿真曲线，并与他们成为零结束时用 15s 导弹的加速度分布曲线图。可以观察到的加速度满足要求 图 3 ，的仿真曲线 图 4 的仿真曲线 5 结论 作者分析了前置追踪三维空间拦截性能。在