飛航導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)隨機魯棒分析與設(shè)計

前言

為了對某一類具有相同技術(shù)特點的導(dǎo)彈進行系統(tǒng)性的研究，我們會從所關(guān)注的不同方面對導(dǎo)彈進行分類。通常按照導(dǎo)彈的作戰(zhàn)使用方式、打擊目標(biāo)和發(fā)射平臺種類、飛行彈道形式、氣動布局特點以及制導(dǎo)控制類型等方面來進行分類。例如：按照作戰(zhàn)使用方式可分為戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈；按飛行彈道形式可分為彈道式導(dǎo)彈和飛航式導(dǎo)彈（巡航導(dǎo)彈屬于飛航式導(dǎo)彈）；按照發(fā)射平臺和打擊目標(biāo)的種類可將導(dǎo)彈分為攻擊地面目標(biāo)的地地導(dǎo)彈、潛地導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈、反坦克導(dǎo)彈、反雷達(dá)導(dǎo)彈，攻擊空中目標(biāo)的反飛機／反飛航式導(dǎo)彈的地空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、艦（潛）空導(dǎo)彈，反彈道式導(dǎo)彈的高空攔截導(dǎo)彈、低空攔截導(dǎo)彈、反衛(wèi)星導(dǎo)彈，攻擊水域目標(biāo)的岸艦導(dǎo)彈、空艦導(dǎo)彈、艦（潛）艦導(dǎo)彈、艦潛導(dǎo)彈、潛潛導(dǎo)彈、空潛導(dǎo)彈、制導(dǎo)魚雷等。本書所研究的飛航式導(dǎo)彈（簡稱飛航導(dǎo)彈）是從產(chǎn)生氣動升力的布局特點和主要的飛行彈道與打擊目標(biāo)來分類的，是指一類主要在大氣中飛行的具有產(chǎn)生氣動升力承力面的用來攻擊地面或水域目標(biāo)的導(dǎo)彈。這類飛航導(dǎo)彈是一種主要利用氣動升力來支持自身重量在大氣層內(nèi)飛行，以攻擊地面和水域目標(biāo)為主的無人駕駛飛行器。飛航導(dǎo)彈既包括像美國“戰(zhàn)斧”系列的巡航導(dǎo)彈、“魚叉”一類的反艦導(dǎo)彈、類似LOCAAS和LAM低成本自主巡邏攻擊導(dǎo)彈、俄羅斯X-59M類型的空面電視制導(dǎo)導(dǎo)彈，又包括具有“升力體”或“乘波體”氣動布局的裝備吸氣式超燃沖壓發(fā)動機的高超聲速巡航導(dǎo)彈，甚至像以色列“哈比”一類的偵打合一型無人機都屬于此列。

內(nèi)容概要

本書全面系統(tǒng)地論述了面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的飛航導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)隨機魯棒分析與設(shè)計（SRAD）方法及其應(yīng)用技術(shù)，包括隨機魯棒分析與設(shè)計基礎(chǔ)、超聲速反艦導(dǎo)彈控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計、發(fā)射初始段與級間分離段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計、吸氣式高超聲速飛行控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計、飛航導(dǎo)彈最優(yōu)航路規(guī)劃與制導(dǎo)規(guī)律設(shè)計以及飛航導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估方法等方面內(nèi)容。　　本書在兼顧理論分析的同時，通過多種類型飛航導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計實例，以及基于大量的風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)所進行的系統(tǒng)仿真驗證，突出了SRAD方法在飛航導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計中的實際工程應(yīng)用特色。本書的基本理論和相關(guān)技術(shù)不僅適用于現(xiàn)代飛航導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計領(lǐng)域，且可推廣到更廣闊科技領(lǐng)域的非線性控制系統(tǒng)魯棒分析與設(shè)計?！　”緯晒氖轮茖?dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計工作的工程技術(shù)人員閱讀，也可以作為飛行器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制專業(yè)的研究生教材和參考書，對于控制理論與工程專業(yè)研究生和本科生的課程也是極有幫助的。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　引言　1.2　隨機魯棒分析與設(shè)計概述　　1.2.1　控制系統(tǒng)魯棒設(shè)計的典型方法　　1.2.2　隨機魯棒分析與設(shè)計方法簡述第2章　制導(dǎo)控制系統(tǒng)隨機魯棒分析與設(shè)計基礎(chǔ)　2.1　隨機魯棒分析與設(shè)計原理　　2.1.1　隨機魯棒性概念　　2.1.2　最小采樣數(shù)邊界定理.：　　2.1.3　分布函數(shù)的逼近　　2.1.4　系統(tǒng)不穩(wěn)定性置信區(qū)間　　2.1.5　隨機魯棒代價函數(shù)　2.2　典型的非線性控制器結(jié)構(gòu)　　2.2.1　基于PID結(jié)構(gòu)的非線性控制器　　2.2.2　滑模變結(jié)構(gòu)控制器　2.3　隨機魯棒設(shè)計指示函數(shù)的改進　　2.3.1　隸屬度函數(shù)法　　2.3.2　指示函數(shù)選取比較　2.4　飛航導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)建?！　?.4.1　飛行力學(xué)基礎(chǔ)　　2.4.2　導(dǎo)彈運動方程組　　2.4.3　過載與導(dǎo)彈運動的關(guān)系　　2.4.4　理論彈道與發(fā)射方式第3章　超聲速反艦導(dǎo)彈控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　3.1　超聲速反艦導(dǎo)彈概述　3.2　導(dǎo)彈數(shù)學(xué)建?！　?.2.1　氣動布局和理論彈道　　3.2.2　導(dǎo)彈的空間運動方程組　3.3　超聲速反艦導(dǎo)彈過載控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　3.3.1　過載控制數(shù)學(xué)模型　　3.3.2　過載控制律隨機魯棒設(shè)計　　3.3.3　系統(tǒng)的隨機魯棒性分析　　3.3.4　全彈道6DOF非線性系統(tǒng)仿真　3.4　超聲速反艦導(dǎo)彈非線性動態(tài)逆魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計　　3.4.1　導(dǎo)彈數(shù)學(xué)模型　　3.4.2　NDI控制律隨機魯棒設(shè)計　　3.4.3　隨機魯棒性能分析　3.5　超聲速反艦導(dǎo)彈變結(jié)構(gòu)控制綜合設(shè)計　　3.5.1　問題闡述　　3.5.2　隨機系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制穩(wěn)定性定理　　3.5.3　隨機魯棒滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計　　3.5.4　導(dǎo)彈縱向運動隨機魯棒滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計第4章　發(fā)射初始段與級間分離段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　4.1　機載發(fā)射初始段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　4.1.1　設(shè)計要求與約束條件　　4.1.2　導(dǎo)彈數(shù)學(xué)模型：　　4.1.3　導(dǎo)彈控制系統(tǒng)建?！　?.1.4　機載發(fā)射初始段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　4.1.5　全彈道6DOF非線性系統(tǒng)仿真分析　4.2　陸基垂直發(fā)射段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　4.2.1　設(shè)計要求與約束條件　　4.2.2　導(dǎo)彈數(shù)學(xué)模型　　4.2.3　陸基垂直發(fā)射初始段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　4.2.4　全彈道6DOF非線性系統(tǒng)仿真分析　4.3　級間分離段控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　4.3.1　全狀態(tài)可測量的過載控制模型　　4.3.2　級間分離段隨機魯棒過載控制系統(tǒng)設(shè)計　　4.3.3　級間分離段隨機魯棒變結(jié)構(gòu)控制律設(shè)計　　4.3.4　全彈道6DOF非線性系統(tǒng)仿真分析第5章　吸氣式高超聲速飛行控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　5.1　基本概念與研究現(xiàn)狀　5.2　高超聲速巡航彈數(shù)學(xué)模型　　5.2.1　導(dǎo)彈氣動布局與模型數(shù)據(jù)　　5.2.2　作用于導(dǎo)彈上的力與力矩　　5.2.3　導(dǎo)彈的氣動數(shù)據(jù)　　5.2.4　導(dǎo)彈動力學(xué)與運動學(xué)方程　　5.2.5　吸氣式超燃沖壓發(fā)動機數(shù)學(xué)建?！　?.2.6　導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)建模　5.3　高超聲速巡航彈控制系統(tǒng)隨機魯棒設(shè)計　　5.3.1　飛行控制系統(tǒng)設(shè)計要求　　5.3.2　系統(tǒng)不確定性參數(shù)向量定義　　5.3.3　特征設(shè)計點選擇　　5.3.4　俯仰通道隨機魯棒PID控制律設(shè)計　　5.3.5　俯仰通道隨機魯棒PID控制性能分析　　5.3.6　橫側(cè)向通道隨機魯棒PID控制律設(shè)計　　5.3.7　橫側(cè)向通道隨機魯棒PID控制性能分析　5.4　高超聲速巡航彈控制系統(tǒng)隨機魯棒分析　　5.4.1　隨機魯棒穩(wěn)定性分析　　5.4.2　隨機魯棒性能分析　5.5　全彈道6DOF非線性系統(tǒng)仿真分析第6章　飛航導(dǎo)彈最優(yōu)航路規(guī)劃與制導(dǎo)規(guī)律設(shè)計　6.1　飛航導(dǎo)彈低空突防最優(yōu)航路規(guī)劃　　6.1.1　航路規(guī)劃基本方法　　6.1.2　綜合FF/TA2航路規(guī)劃基礎(chǔ)　　6.1.3　數(shù)字地圖處理技術(shù)　　6.1.4　綜合IT/TA2最優(yōu)航路算法　　6.1.5　FF/TA2最優(yōu)航路規(guī)劃算法仿真分析　6.2　飛航導(dǎo)彈末制導(dǎo)多模型多尺度數(shù)據(jù)融合方法　　6.2.1　末制導(dǎo)多模型多尺度非線性數(shù)據(jù)融合方案　　6.2.2　超聲速反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)模型　　6.2.3　非線性數(shù)據(jù)融合方法　　6.2.4　末制導(dǎo)多模型多尺度數(shù)據(jù)融合技術(shù)仿真驗證　6.3　飛航導(dǎo)彈人在回路電視末制導(dǎo)系統(tǒng)分析　　6.3.1　超聲速反艦導(dǎo)彈和目標(biāo)艦船數(shù)學(xué)模型　　6.3.2　操控員數(shù)學(xué)模型　　6.3.3　人在回路電視末制導(dǎo)系統(tǒng)仿真分析　6.4　飛航導(dǎo)彈末段目標(biāo)自主捕獲方法　　6.4.1　末段目標(biāo)自主捕獲模型　　6.4.2　末段目標(biāo)自主捕獲技術(shù)仿真分析　6.5　飛航導(dǎo)彈終端大落角末制導(dǎo)律設(shè)計　　6.5.1　問題描述　　6.5.2　具有終端落角約束制導(dǎo)律設(shè)計　　6.5.3　末制導(dǎo)段初始條件約束　　6.5.4　導(dǎo)引頭下視視場約束條件　　6.5.5　縱向運動與橫側(cè)向運動耦合影響分析　　6.5.6　終端大落角末制導(dǎo)律仿真分析第7章　飛航導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估方法　7.1　作戰(zhàn)效能評估基本概念　　7.1.1　作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)與數(shù)學(xué)方法　　7.1.2　導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能基本指標(biāo)　　7.1.3　飛航導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能　7.2　飛航導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估基本模型　　7.2.1　對空中目標(biāo)探測雷達(dá)模型　　7.2.2　導(dǎo)彈的雷達(dá)反射截面計算模型　　7.2.3　飛航導(dǎo)彈編隊的突防概率　　7.2.4　飛航導(dǎo)彈的終端殺傷概率　　7.2.5　飛航導(dǎo)彈的命中概率　7.3　攻防對抗數(shù)學(xué)仿真分析　　7.3.1　攻防對抗模型參數(shù)設(shè)定　　7.3.2　突防概率仿真結(jié)果分析　　7.3.3　毀傷仿真結(jié)果分析　　7.3.4　作戰(zhàn)效能仿真結(jié)果分析參考文獻　

章節(jié)摘錄

插圖：為了克服經(jīng)典魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計方法在工程實際應(yīng)用中所存在的缺陷，在20世紀(jì)90年代初，美國普林斯頓大學(xué)Stengel等人提出了線性時不變控制系統(tǒng)（Linear Time Invariant，LTI）的隨機魯棒性（Stochastic Robustness）概念［17-18］。通過對系統(tǒng)特征值的蒙特卡羅估計（Monte Carlo Evaluation，MCE）獲得隨機特征根分布，用標(biāo)量的不穩(wěn)定性概率來表述隨機魯棒穩(wěn)定性（Stochastic Robustness Sta-bility），并用不穩(wěn)定概率的置信區(qū)間表述蒙特卡羅估計的計算收斂性問題。這種基于隨機特征根分布概念的隨機魯棒性分析方法具有較為廣泛的適應(yīng)性，不僅適合于常見的高斯型參數(shù)不確定性系統(tǒng)，也適合于非高斯型且有界的參數(shù)不確定性系統(tǒng)。同時，將經(jīng)典的時域性能指標(biāo)進行擴展，給出了隨機響應(yīng)曲線的數(shù)學(xué)描述，并提出了魯棒性能的隨機度量［19,20］的概念，即隨機魯棒性能（StochasticRobustness Performance）。在隨機特征根分布和隨機魯棒性能的基礎(chǔ)上，給出了控制系統(tǒng)的隨機魯棒代價函數(shù)的描述方法，把隨機魯棒性能度量和控制系統(tǒng)所需設(shè)計的參數(shù)向量結(jié)合起來，基于線性二次型調(diào)節(jié)器（Linear Quadratic Regula-tor，LQC）和回路傳函恢復(fù)（LTR）等常用的控制器結(jié)構(gòu)，應(yīng)用現(xiàn)代優(yōu)化算法對一類線性系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，并應(yīng)用于飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計中。研究結(jié)果表明，基于隨機魯棒性概念的分析與優(yōu)化設(shè)計理念，為更廣泛的控制系統(tǒng)魯棒設(shè)計領(lǐng)域提供了一種具有很強的工程實用性的綜合方法——控制系統(tǒng)隨機魯棒分析與設(shè)計（Stochastic Robustness Analysis and Design，SRAD）方法［17-26］。隨機魯棒分析與設(shè)計（SRAD）方法是由隨機魯棒分析（Stochastic RobustnessAnalysis，SRA）和隨機魯棒設(shè)計（Stochastic Robustness Design，SRD）兩部分構(gòu)成的。其中，隨機魯棒分析是基于蒙特卡羅估計（MCE），對由于系統(tǒng)參數(shù)的變化而引起閉環(huán)系統(tǒng)不可接受行為（例如，系統(tǒng)不穩(wěn)定或者系統(tǒng)性能的不滿足）應(yīng)用概率進行統(tǒng)計描述。依據(jù)最小采樣數(shù)邊界定理，當(dāng)仿真次數(shù)增加時，統(tǒng)計概率的估計值將趨向于精確值，因而可以對控制系統(tǒng)的魯棒性進行統(tǒng)計描述。隨機魯棒設(shè)計是在此基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能指標(biāo)來定義代價函數(shù)，在設(shè)計參數(shù)空間內(nèi)，應(yīng)用現(xiàn)代優(yōu)化方法來設(shè)計魯棒控制器。SRAD作為一種基于現(xiàn)代優(yōu)化算法面向工程應(yīng)用的設(shè)計方法越來越受到人們的重視，Christopher I.Marrison和Robert F.Stengel應(yīng)用SRAD和LQG方法，對高超聲速飛行器縱向運動進行了魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計[27]。Qian Wang和RobertF.Stengel應(yīng)用SRAD和非線性動態(tài)逆（NDI）方法，為上述的高超聲速飛行器縱向運動設(shè)計了非線性魯棒控制系統(tǒng)[28]，并與L R.Ray在參考文獻[19]中的方法進行魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能比較分析。

編輯推薦

《飛航導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)隨機魯棒分析與設(shè)計》是由國防工業(yè)出版社出版。

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