《弹道中段小推力多次变轨机动规避技术》是关于中远程弹道导弹机动规避式突防理论研究和工程技术的一本著作,是作者多年来从事导弹突防作战研究成果的总结和提炼。书中详细介绍了陆基反导拦截系统和弹道导弹机动突防技术的发展现状;分析了陆基中段拦截系统(GBI)拦截弹战术、技术性能弱点及作战特点;提出以破坏大气层外动能拦截器(EKV)中末制导交接班条件为目标的小推力多次机动突防理论,并对该机动突防理论的可行性和相对有效性进行论证分析;根据具体的突防环境和突防对象,研究弹道中段小推力机动规避突防的制导控制问题,设计出满足突防脱靶量要求和命中精度要求的机动规避方案;构建机动弹头变轨机动智能规避模型、规避效果评估模型及落点偏差控制模型;最后采用人工智能算法研究弹道中段机动规避快速规划的理论方法,重点研究机动规避智能控制的算法实现问题。
《弹道中段小推力多次变轨机动规避技术》可作为导弹突防作战仿真、飞行器设计、弹道设计与优化等专业的高年级本科生和研究生教材,也可供从事弹道导弹突防及作战仿真研究的工程技术人员参考。
当今科技环境下,导弹防御系统对以抛物弹道飞行的弹道导弹的拦截概率已达到了相当高的水平,为提高弹道导弹在中段的生存能力,现在的中段飞行方案大多被设计成固定程序机动弹道,其缺点是无法根据反导系统的部署灵活选择机动时机和机动方式,突防效果有限,需进一步发展具有自主突防能力的机动规避技术。主动规避式机动突防是指机动弹头在具备探测、识别和跟踪来袭动能拦截器能力的基础上,能够根据来袭拦截器的相对运动信息,按照某种机动规避策略,快速规划满足突防脱靶量要求和落点精度控制要求的机动弹道,并完成姿控和轨控参数的计算,在控制弹头完成机动规避后,还能确保对目标的打击精度要求。该项突防技术能够克服固定程序机动大范围盲目机动的弱点,具有突防效率高、燃料消耗少的特点,是远程弹道导弹提高中段生存能力的重要突防技术手段。
本书在深入分析陆基拦截弹和EKV固有战术技术性能并对比分析EKV和突防弹头机动性能的基础上,提出避开EKV机动能力最强的末制导段,选择在EKV自由滑行段和末制导结束段实施“多次机动”的规避突防思想。其中,第一次变轨利用GBI固体轨控发动机只能一次性使用、持续工作时间较短的弱点,在GBI自由飞行段开始时进行,旨在产生迫使中制导轨控发动机提前开机的足够大零控脱靶量;第二次变轨在GBI中制导即将结束时进行,旨在产生足够破坏GBI中末制导交接班条件的零控脱靶量;第三次变轨在EKV末制导结束、发动机燃料耗尽时进行,以产生成功突防所需的脱靶量。该突防方案降低了突防弹成功突防对机动过载的要求,适合液体轨控发动机实际,具有重要工程应用价值。
为实现“多次机动”规避突防对机动弹道的规划与控制,本书通过分析具体突防环境、突防对象,并结合导弹制导、控制系统及精度要求等约束条件,建立突防弹头与EKV的视线动力学模型、脱靶量计算模型及落点精度控制模型等,对包含突防弹头机动方式、机动时机、机动方向等多项涉及机动突防方案的参数进行综合规划,研究满足脱靶量要求和精度要求的“多次机动”突防规划与控制的算法理论。重点解决突防弹头智能机动变轨规避策略设计、机动突防效果评估及落点偏差控制三方面问题,并提供具有柔性和鲁棒性的机动突防规划决策算法技术,以实现对弹道导弹机动突防效果的定量评估,为远程弹道导弹突防技术、突防战法研究提供可靠的理论依据;并为开发研制弹道导弹机动突防弹道规划与控制决策系统提供技术储备。
全书共分为7章。第1章是绪论,主要分析弹道导弹突防与反导技术的现状及发展趋势,对弹道导弹主动规避突防规划与控制技术进行简要介绍,介绍本书研究的总体思路。第2章在介绍反导系统作战指挥过程的基础上,从制导与控制角度分析GBI战术、技术性能的弱点;按照充分利用GBI和EKV固有战术、技术性能弱点进行机动突防的思想,提出多种机动方案,包括在EKV自由段机动使EKV红外导引头失去目标、在EKV自由段机动使零控脱靶量大于EKV末制导段最大机动能力、在EKV末制导段机动使EKV因过载限制而增大脱靶量、在EKV自由段和末制导段结束后实施“多次机动”等突防方案,并从制导控制角度对各种机动规避策略有效性进行了初步探讨。第3章以大气层外动能拦截器在中末制导交接班时可能存在的两种情况为背景,分别研究EKV基于最短剩余飞行时间的拦截制导方法和基于预测拦截点的最优导引拦截方法。在此基础上,通过构建突防弹头机动时机、机动持续时间及轨控发动机推力方向对机动效果的解析模型,分析论证突防弹头在EKV自由段机动规避策略的可行性和有效性。第4章在对EKV末制导律进行合理设计的基础上,建立EKV以各种拦截导引方式进行拦截时脱靶量的计算模型。以达到成功突防所需的脱靶量为依据,对突防弹头的机动过载、燃料消耗、机动时间等进行计算分析,以判断突防弹头在EKV末制导段实施机动规避策略的可行性。第5章和第6章共同完成对“多次机动”规避突防方案的可行性论证,并完成“多次机动”突防规划与控制的实现技术研究。其中,第5章主要研究第一次机动时突防弹道的规划与控制问题。在对比分析各种机动方案相对有效性的基础上,建立以导弹制导、控制、动力系统及精度要求为约束条件,以脱靶量为目标函数的机动规避优化模型,对包含突防弹头机动时机、机动方向等多项涉及突防弹道控制的决策变量进行综合规划。
李新其,男,湖南娄底人,1975年出生,导航制导与控制专业博士,国防大学博士后,火箭军工程大学副教授,硕士生导师,陕西高校青年创新团队“未来导弹智能作战与推演评估团队”带头人。长期从事导弹武器作战运用与指挥控制、任务规划与作战仿真及军事运筹分析等方面的教学科研工作。
先后主持完成国家863课题4项、国防创新特区基金1项、国家社科基金1项、军种以上课题16项;获军种军事理论研究成果一等奖1项、军队科技进步三等奖1项,各类教学成果奖10余项;发表论文100余篇,出版专著1部。荣立三等功1次。
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 反导与突防技术现状和发展
1.3 弹道中段机动突防国内外研究现状
1.4 本书研究目标与思路
1.5 本书研究的意义
1.6 本书主要工作
参考文献
第2章 弹道中段机动规避突防策略
2.1 引言
2.2 GBI作战特点及制导分析
2.3 GMD弹道中段拦截时空分析
2.4 弹道中段机动变轨突防对策
2.5 本章小结
参考文献
第3章 两种中末制导交接班情况下拦截器制导方法研究
3.1 引言
3.2 EKV拦截制导问题描述
3.3 基于预测拦截点的EKV最短拦截时间导引方法
3.4 EKV基于最短剩余飞行时间拦截制导模型
3.5 突防弹头在EKV自由段规避突防方案可行性与有效性分析
3.6 本章小结
参考文献
第4章 突防弹头在EKV末制导段规避突防过载分析
4.1 引言
4.2 EKV按比例导引拦截突防弹头机动过载需求分析
4.3 EKV按预测前置角拦截突防弹头机动过载需求分析
4.4 本章小结
参考文献
第5章 基于遗传算法的轨控发动机规避参数最优控制
5.1 引言
5.2 机动规避参数优化设计总体分析
5.3 突防弹头机动规避效果评估模型
5.4 基于遗传算法的突防弹机动规避参数优化设计
5.5 仿真算例
5.6 本章小结
参考文献
第6章 二次机动规避弹道优化及落点精度控制!
6.1 问题的提出
6.2 机动引起落点偏差的计算模型
6.3 突防弹头再次机动时脱靶量的计算模型
6.4 再次机动规避参数优化
6.5 本章小结
参考文献
第7章 机动规避仿真与结果分析
7.1 仿真假设及初始参数设定
7.2 突防拦截过程仿真
7.3 突防弹头二次机动规避控制仿真
7.4 仿真结论
7.5 本章小结
参考文献