基于二阶滑模的前向拦截制导方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113917841A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111141877.9(22)申请日2021.09.28(71)申请人东方红卫星移动通信有限公司地址401120重庆市渝北区龙兴镇两江大道618号(72)发明人李锦朝谷晓梁赵永佳彭维峰(74)专利代理机构重庆双马智翔专利代理事务所(普通合伙)50241代理人顾晓玲(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书6页说明书16页附图4页(54)发明名称基于二阶滑模的前向拦截制导方法及系统(57)摘要本发明属于制导技术领域，具体公开了一种基于二阶滑模的前向拦截制导方法及系统，根据拦截器与目标的自动驾驶仪动态延迟，建立前向拦截方式的导弹‑目标相对运动模型，根据导弹‑目标相对运动模型和攻击角度约束，建立前向拦截方式的拦截几何条件，根据导弹‑目标相对运动模型和拦截几何条件，获取二阶滑模制导律。采用本技术方案，利用PCL二阶滑模算法设计将切换控制应用于制导指令的导数层面，实现了在不削弱滑模鲁棒性的前提下对抖振现象进行有效抑制，使执行机构不会因指令的高频抖振而损毁，有利于制导律的工程应用。CN113917841ACN113917841A权利要求书1/6页1.一种基于二阶滑模的前向拦截制导方法，其特征在于，包括如下步骤：根据拦截器与目标的自动驾驶仪动态延迟，建立前向拦截方式的导弹‑目标相对运动模型；根据导弹‑目标相对运动模型和攻击角度约束，建立前向拦截方式的拦截几何条件；根据导弹‑目标相对运动模型和拦截几何条件，获取二阶滑模制导律。2.如权利要求1所述的基于二阶滑模的前向拦截制导方法，其特征在于，根据二阶滑模制导律，进行鲁棒性仿真以及与一阶滑模制导的对比仿真；或者，根据二阶滑模制导律，进行鲁棒性实验以及与一阶滑模制导的对比实验；或者，根据二阶滑模制导律，进行前向拦截制导。3.如权利要求1所述的基于二阶滑模的前向拦截制导方法，其特征在于，根据拦截器与目标的自动驾驶仪动态延迟，建立前向拦截方式的导弹‑目标相对运动模型的方法为：所述前向拦截方式是当拦截器与目标各自的速度矢量顺时针转到目标线上时定义ηm,ηt为正，拦截器与目标运动的相关参量分别以m,t作下标，分别代表视线的旋转角速度以及拦截双方各自相对视线的旋转角速度，建立拦截器目标相对运动的数学模型：其中，r为拦截双方之间的相对距离，为拦截双方的相对距离变化率，与分别代表拦截器、目标各自的速度向量，与分别代表拦截器、目标各自的加速度向量；Vm,Vt,am,at则表示相应量的大小，为双方之间的视线向量，Oxy为惯性坐标系，Oxqyq为视线坐标系，Oxmym,Oxtyt分别为拦截器与目标的速度坐标2CN113917841A权利要求书2/6页系；为视线角速度在视线坐标系z轴zq上的分量，q为Oxy坐标系到Oxqyq坐标系转换的欧拉角，即为拦截器‑目标的视线角，为视线角速度；分别代表Oxqyq坐标系、Oxmym坐标系与Oxtyt坐标系的横纵坐标的单位向量；为在后续公式推导中使用叉乘运算，引入分别代表以上三个坐标系的z轴坐标的单位向量；将Oxqyq坐标系的单位矢量分别向Oxmym坐标系和Oxtyt坐标系投影，获取Oxmym坐标系到Oxqyq坐标系转换的欧拉角ηm,即拦截器速度前置角，为其变化速率；同时获取Oxtyt坐标系到Oxqyq坐标系转换的欧拉角ηt,即目标速度前置角，为其变化速率，得到拦截的制导模型：考虑拦截器与目标自动驾驶仪的一阶惯性延迟环节，有如下公式：其中，分别代表拦截器与目标的加速度指令，τm,τt分别代表拦截双方各自驾驶仪的时间常数，△m，△t分别代表双方加速度模型的建模误差。4.如权利要求1所述的基于二阶滑模的前向拦截制导方法，其特征在于，建立前向拦截方式的拦截几何条件的具体步骤：设置末制导阶段拦截双方各自的加速度均为法向加速度，仅改变速度方向，即拦截双方的速度大小恒定；定义p为速度比，即拦截器与目标速度大小的比值，拦截要求将拦截器导引至目标前方并最终在目标前方拦截目标，拦截器在末制导段速度需小于目标，即3CN113917841A权利要求书3/6页其中，Vm与Vt分别代表拦截器和目标的速度大小；而前向拦截要求在拦截点处实现：r→0r为拦截双方之间的相对距离，为拦截器‑目标的视线角速度；在拦截时刻拦截双方的速度均与视线共线，表示为：由于速度比p<1，故当目标接近拦截器尾部时，即在拦截点处以上两式所表示的拦截几何成立。5.如权利要求4所述的基于二阶滑模的前向拦截制导方法，其特征在于，建立前向拦截方式的拦截几何条件的具体步骤：令ηm与ηt在拦截过程中始终成比例，n为二者的比例系数，得到：ηm＝nηt在拦截点处目标速度前置角