基于控制变量参数化的主动反拦截突防最优控制计算方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252015V01．36No62037，2046ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2014．0359基于控制变量参数化的主动反拦截突防最优控制计算方法王芳1’2一，林涛1’2，张克11．北京机电工程研究所，北京1000742．哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001摘要：针对由于敌防空系统防御能力不断提高所带来的进攻导弹突防难题，提出

2、主动反拦截突防(IAIP)的概念，以弥补传统机动突防仅考虑进攻导弹的逃逸而忽略其攻击任务的缺陷。根据IAIP制导的内涵，在综合考虑目标的机动性能、拦截导弹末段的拦截特性及进攻导弹的控制系统性能的基础上，建立进攻导弹一目标一拦截导弹的三体运动模型。将突防制导指令的设计等效为最优控制的求解，其中突防指令为实现燃料最省目标的最优解，进攻导弹的过载、拦截导弹的脱靶量、进攻导弹的攻击角、打击精度和突防后的视线角，分别为控制约束、路径约束和末端约束。借鉴控制变量参数化(CVP)方法将最优控制问题转化为非线性数学规划问题，并将路径约束离散化后采用序列二次规划(SQP)

3、算法得到突防时机给定条件下制导指令的数值解。提出基于CVP的混合遗传算法(CVP—GA)，用于求解最优突防时机及制导指令。仿真结果显示，采用IAIP最优控制算法的进攻导弹在成功突防后的打击精度仍可满足任务要求，且其燃料消耗相对于传统串联式突防方法降低了23．7％，验证了该方法的有效性及优越性。关键词：主动反拦截突防；最优控制；控制变量参数化；路径约束离散化；遗传算法中图分类号：V448．23文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)06—203710随着美国防御体系的不断完善，特别是协同防空作战模式的出现，现代战争对进攻导弹突防能力的要求也越

4、来越高。世界各国都在加大力度研究提高进攻导弹生存能力的突防措施与方法，目前在隐身、电子对抗以及程序机动等方面都取得了大量成果，并应用到了多个型号的导弹中[1]。但是，随着C4I体系中强大信息网络的不断丰富，进攻导弹的隐身效果变得不再那么明显；而且，传统的程序机动多为针对固定威胁或事先根据前期分析和试验结果人工设定其机动起点、机动幅值及频率等机动参数，并不具有战场自主性。因此，为弥补传统突防措施的不足，本文提出了主动反拦截突防(IAIP)概念，并在假设进攻导弹对拦截导弹信息已知的条件下，设计突防制导指令以提高进攻导弹的突防能力，实现预期效果。突防制导指令的

5、设计在国内外取得了一些成果。顾文锦[20和马良[31等针对反舰导弹蛇形机动突防方案开展了大量研究，通过大量的对比仿真实验，证明了蛇形机动的有效性，并得到了较为合理的机动参数；陈哗等[4]基于极大值原理得到了最优的侧向机动频率；程进等[51在假设存在侧向机动发动机的前提下设计了发动机的最佳开启时机以实现突防；Jung等[61针对采用比例导引的地空导弹提出了基于梯度法的神经网络和模糊逻辑收稿El期：2014—06—23；退修日期：2014-07—29；录用日期：2014-12—23；网络出版时间：2015-01—0710：44网络出版地址：WWW．cnkin

6、et／kcms／detail／S1000—6893．2014．0359hlml*通讯作者．Tel．：010—68741246E-mail：wangfang—hit@163．com引意摇武

7、WangF，LinT，ZhangK．Controlvariableparameterization—basedcomputationalmethodforoptimalcontrolofinitiativeanti-inter—ceptionpenetration(JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(6)：203

8、7-2046．I芳，林涛．张克．基f控韵变i参教他的i动反拦截突跨最佬控铂计算方法[国．航空学摄，20t5。36(6)：2037-2046i航空学报Jun．252015VoI．36No．6次优控制方法，用于解决飞行器的最优突防问题；史晓丽等[73基于微分对策方法实现了反舰导弹的突防策略。上述方法均以拦截导弹的最大脱靶量作为衡量进攻导弹成功突防的标准，忽略了机动对其攻击任务的影响[8]。Kim和Tahk[93在纯比例导引的基础上附加桶式滚转指令以使反舰导弹同时具备攻击任务和规避拦截的能力，但并未考虑机动的能量消耗问题。相对于现有研究成果，本文将突防运动数学

9、模型转化为进攻导弹一目标一拦截导弹的三体运动问题，同时考虑突防和攻击任务，以便进