一种基于观测器补偿的最优滑模制导律构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于观测器补偿的最优滑模制导律构建方法，涉及飞行器制导技术领域，其抗干扰能力强，制导效果好，能够针对三维空间内的飞行器

【技术实现步骤摘要】
一种基于观测器补偿的最优滑模制导律构建方法


[0001]本专利技术涉及飞行器制导
，具体涉及一种基于观测器补偿的最优滑模制导律构建方法。

技术介绍

[0002]在面对复杂环境下的目标打击任务时，飞行器需要采用适宜的末制导律以提高制导精度。根据任务场景和需求，设计精度合理、抗干扰能力强的末制导律。
[0003]针对再入飞行器、助推滑翔飞行器等高速飞行器，通常要求飞行器能够垂直对目标进行攻击，进入转化为带角度约束的末制导律设计问题，目前相关的理论方法有很多，包括带偏置项的比例导引律、最优制导律等。
[0004]在理想状态下，采用最优制导律可以获得最优的命中精度和最小能耗最优制导方法，但制导的过程中存在无法完全消除的不确定性干扰，目标机动也会对制导结果产生影响，采用最优制导律可能会产生较大的制导误差。目前针对最优制导律的改进方法通常为加入滑模变结构项进行修正，但多数理论方法是基于二维平面内的飞行器运动进行研究，没有扩展到三维空间内。
[0005]因此目前缺少一种针对三维空间飞行器目标相对运动的制导律优化构建方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于观测器补偿的最优滑模制导律构建方法，其抗干扰能力强，制导效果好，能够针对三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型进行角度和精度约束下的最优制导。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤1：建立三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型；
[0009]步骤2：通过滑模变结构制导律对误差干扰引起的最优制导律的偏差进行修正；
[0010]步骤3：构建扩张状态观测器对目标机动进行观测，对制导律进行精确补偿。
[0011]作为本专利技术的一种优选的实施方式，步骤1具体为：
[0012]所建立的三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型，具体为：
[0013][0014]其中将三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动分解为俯冲平面x
s
Oy
s
和转弯平面x
s
Oz
s
两个二维平面内的运动；飞行器在俯冲平面内的视线高低角为λ
D
′
，基准线OT
′
沿逆时针转至飞行器
‑
目标连线上，λ
D
′
为负，为λ
D
′
的二阶导数，为λ
D
′
的一阶导数；飞行器
在转弯平面内的视线方位角为λ
T
，为λ
T
的二阶导数，为λ
T
的一阶导数；R
mt
为飞行器
‑
目标距离，为R
mt
的一阶导数；v1为飞行器速度矢量，为v1的一阶导数；v2为目标的速度矢量，为v2的一阶导数；飞行器速度矢量在俯冲平面内的分量为速度矢量的高低角为γ
D
，方位角为γ
T
；
[0015]作为本专利技术的一种优选的实施方式，步骤2具体为：
[0016]将带入所述飞行器
‑
目标相对运动模型中得
[0017][0018]分别在俯冲平面和转弯平面内推导得到制导律指令：
[0019][0020]其中，为俯冲平面内控制指令，为转弯平面内控制指令，ε1、ε2俯冲平面和转弯平面内的切换项增益，k1和k2分别为俯冲平面和转弯平面的趋近律系数；λ
Topt
为λ
T
的最优迹线；λ
Dopt
′
为λ
D
′
的最优迹线。
[0021]作为本专利技术的一种优选的实施方式，步骤3具体为：
[0022]根据飞行器
‑
目标相对运动模型，分别构建俯冲平面和转弯平面内的扩张状态观测器；
[0023]其中转弯平面的扩张状态探测器为：
[0024][0025]其中，e1为转弯平面的扩张状态探测器的估计误差；z
1T
、z
2T
为转弯平面的扩张状态探测器的输出，z
2T
为其中不确定项的估计值，为z
1T
、z
2T
的一阶导数；β
1T
、β
2T
为转弯平面的扩张状态探测器的增益；a
T
,δ
T
为转弯平面的扩张状态探测器的参数；fun(e1,a
T
,δ
T
)为关于e1,a
T
,δ
T
的非线性函数；
[0026]其中俯冲平面的扩张状态探测器为：
[0027][0028]其中，e2为俯冲平面的扩张状态探测器的估计误差；z
1D
、z
2D
为俯冲平面的扩张状态探测器的输出，z
2D
为其中不确定项的估计值，为z
1D
、z
2D
的一阶导数；β
1D
、β
2D
为俯冲平面的扩张状态探测器的增益；a
D
,δ
D
为俯冲平面的扩张状态探测器的参数；fun(e1,a
D
,δ
D
)为关于e1,a
D
,δ
D
的非线性函数；
[0029]基于所构建的扩张状态观测器，对制导律进行精确补偿，得到基于ESO的最优滑模制导律的控制指令为：
[0030][0031]其e1和e2分别为俯冲和转弯平面内扩张状态观测器的估计误差,z
2D
为俯冲平面内扩张状态观测器的输出，z
2T
为转弯平面内扩张状态观测器的输出。
[0032]有益效果：
[0033]本专利技术提供了一种针对慢速机动目标的基于扩张状态观测器的最优滑模制导律，通过建立三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型，在最优制导律的基础上设计最优滑模制导律，并构建扩张状态观测器对目标机动进行观测，对制导律进行精确补偿。该方法抗干扰能力强，制导效果好，针对机动目标可以实现角度和精度约束下的最优制导。
附图说明
[0034]图1为飞行器与目标的空间关系图；
[0035]图2为基于观测器补偿的最优制导律的结构图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0037]本专利技术提供了一种针对慢速机动目标的基于扩张状态观测器的最优滑模制导律构建方法，包括如下步骤：
[0038]步骤1：建立三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型。建立飞行器与海上机动目标的相对运动模型，为了简化研究，将三维空间内的飞行器
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于观测器补偿的最优滑模制导律构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型；步骤2：通过滑模变结构制导律对误差干扰引起的最优制导律的偏差进行修正；步骤3：构建扩张状态观测器对目标机动进行观测，对制导律进行精确补偿。2.如权利要求1所述的一种基于观测器补偿的最优滑模制导律方法，其特征在于，所述步骤1具体为：所建立的三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动模型，具体为：其中将三维空间内的飞行器
‑
目标相对运动分解为俯冲平面x
s
Oy
s
和转弯平面x
s
Oz
s
两个二维平面内的运动；飞行器在俯冲平面内的视线高低角为λ
D
′
，为λ
D
′
的二阶导数，为λ
D
′
的一阶导数；飞行器在转弯平面内的视线方位角为λ
T
，为λ
T
的二阶导数，为λ
T
的一阶导数；R
mt
为飞行器
‑
目标距离，为R
mt
的一阶导数；v1为飞行器速度矢量，为v1的一阶导数；v2为目标的速度矢量，为v2的一阶导数；飞行器速度矢量在俯冲平面内的分量为速度矢量的高低角为γ
D
，方位角为γ
T
；为γ
D
的一阶导数，为γ
T
的一阶导数。3.如权利要求2所述的一种基于观测器补偿的最优滑模制导律方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将带入所述飞行器
‑
目标相对运动模型中得分别在俯冲平面和转弯平面内推导得到制导律指令：其中，为俯冲平面内控制指令，为转弯平面内控制指令，ε1、ε2分别为俯冲平面和转弯平面内的切换项增益，k1和k2分别为俯冲平面和转弯平面的趋近律系数；λ
Topt
为λ
T
的最优迹线；λ
Dopt
′
为λ

【专利技术属性】
技术研发人员：王玥，李瀚宇，刘劲涛，侯婷婷，李响，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：