主动防御场景中的攻防博弈制导律研究

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1、工学博士学位论文主动防御场景中的攻防博弈制导律研究RESEARCHONATTACKANDDEFENSEGAMEGUIDANCELAWINACTIVEDEFENSESCENARIO孙启龙哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学博士学位论文主动防御场景中的攻防博弈制导律研究博士研究生孙启龙导师齐乃明教授申请学位工学博士学科航空宇航科学与技术所在单位航天学院答辩日期2018年6月授予学位单位哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448U.D.C:629DissertationfortheDoctoralD

2、egreeinEngineeringRESEARCHONATTACKANDDEFENSEGAMEGUIDANCELAWINACTIVEDEFENSESCENARIOCandidate：SunQilongSupervisor：Prof.QiNaimingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticsScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-C

3、onferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着导弹技术的快速发展，导弹的攻击精度越来越高，机动能力越来越大。在导弹攻击飞行器时，飞行器因为自己机动能力相对弱于导弹，单纯的逃脱机动已经无法规避导弹；因此为了提高自己的生存概率，飞行器往往发射护卫弹以保护自己，这样由三个参与者：攻击导弹，护卫弹，目标飞行器组成的场景成为主动防御场景。当今，以美国和以色列为首的国家，对主动防御场景中的制导律进行较深的研究，在研究主动防御场景中的制导律时，不仅需要研究攻击导弹的制导律，目标和护卫弹的合作制导律也是需要研究的。但我国对“攻击

4、导弹”攻击“主动防御飞行器”的策略研究非常少，同时，“目标飞行器”主动防御“攻击导弹”的合作策略研究也比较少。因此主动防御场景中双方的攻防制导律是迫切需要研究的。基于此，本文对主动防御场景中的攻防博弈制导律进行了研究。本文中的研究内容主要包括:针对主动防御场景，建立了三个参与者的线性动力学模型以及他们之间的相对运动关系。将此问题分解为目标和攻击导弹及护卫弹和攻击导弹的两两问题，基于两种不同的初始情况，运用微分对策制导律分析了攻击导弹攻击目标飞行器的问题；最终在线性模型的基础下，得出了两两问题中攻击导弹可以完成规避护卫弹并击中目标的条件。针对攻击导弹在忽略护卫弹攻击目标时容易被

5、拦截的问题，基于微分对策理论设计了攻击导弹的两种制导律：逃脱至临界值制导律（PursuitCriticalValueGuidanceLaw，ECVGL）和可行加速度制导律(AppropriateAccelerationGuidanceLaw,AAGL)，在线性模型下求得了两种制导律的适用情况。当攻击导弹和目标初始零控脱靶量绝对值较大而攻击导弹和护卫弹初始零控脱靶量绝对值较小且两者同号时，采用ECVGL难以完成任务，而AAGL可以完成。最后用非线性模型仿真验证推导的两种制导律的可行性。针对攻击导弹在攻击目标飞行器时对手的位置速度信息获取相对较容易，但加速度信息往往较难准确估算的

6、问题，为攻击导弹设计了两种不需要获取加速度信息的制导律：同号边界值制导律(SameSignBoundaryGuidanceLaw,SSBGL)和异号边界值制导律(OppositeSignBoundaryGuidanceLaw,OSBGL)。在研究同号边界制导律时，根据初始零控脱靶量的不同，分三种普通情况进行了分析，并在线性模型的基础上求得了每种情况可以完成任务的条件，最终得到使用此种制导律时，攻击导弹可以完成任务的零控脱靶量的可行区间；同样的研究异号边界制导律时也分三种普通情况分析了攻击导-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文弹可以完成任务的条件，并在此基础上得到零控脱靶量的可

7、行区间；最后用非线性模型仿真验证了所推导的两种制导律的可行性。针对护卫弹和目标飞行器双向合作实现难度大且需要额外设备的问题，参与者控制有界且护卫弹的机动能力是弱于攻击导弹的，整个过程中攻击导弹只采用最优追赶目标制导律，护卫弹和目标飞行器之间是单向合作的，护卫弹只接受目标的信息，在此基础上，基于微分对策理论求得了护卫弹可以完成拦截任务的零控脱靶量的边界，进而为护卫弹设计了单向合作的制导律。该制导律的核心思想是：护卫弹做出机动使得护卫弹和攻击导弹的零控脱靶量到达可以完成拦截任务的边界值，进而转换为最优的拦截