Integrated guidance and control design considering angle of view constraint of strap-down optical seeker and input constraint

Mao-sen SHAO; Cheng XU; Bin ZHAO; Jun ZHOU

doi:10.37188/OPE.20212906.1291

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Integrated guidance and control design considering angle of view constraint of strap-down optical seeker and input constraint

Optoelectronic Contermeasures Technology | 更新时间：2021-07-03

- Integrated guidance and control design considering angle of view constraint of strap-down optical seeker and input constraint
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 6, Pages: 1291-1300(2021)
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学，陕西西安 710072
  2.复杂系统控制和智能协调技术重点实验室，北京 100074
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1291
  CLC： TJ765.3
- Received：12 October 2020，
  
  Revised：09 December 2020，
  
  Published：15 June 2021
- 稿件说明：
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邵茂森,徐骋,赵斌等.全捷联光学导引头视场角及输入约束下制导控制一体化设计[J].光学精密工程,2021,29(06):1291-1300.

SHAO Mao-sen,XU Cheng,ZHAO Bin,et al.Integrated guidance and control design considering angle of view constraint of strap-down optical seeker and input constraint[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1291-1300.
邵茂森,徐骋,赵斌等.全捷联光学导引头视场角及输入约束下制导控制一体化设计[J].光学精密工程,2021,29(06):1291-1300. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1291.

SHAO Mao-sen,XU Cheng,ZHAO Bin,et al.Integrated guidance and control design considering angle of view constraint of strap-down optical seeker and input constraint[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1291-1300. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1291.

摘要

以全捷联光学制导飞行器打击运动目标为背景，本文将捷联解耦原理和状态约束控制方法相结合，提出了一种同时考虑导引头视场角约束和执行机构输入约束的新型制导控制一体化设计方法。首先，建立了具有严格反馈形式的全捷联制导控制一体化模型，针对模型的不确定性设计了一种对未知上界平方估计的自适应律，基于积分型障碍Lyapunov函数结合动态面控制解决了导引头视场角约束的问题，同时采用饱和函数光滑逼近以及Nussbaum增益函数解决了执行机构输入约束的问题。最后，通过Lyapunov理论证明了所设计制导控制一体化方法的一致有界稳定。典型场景的数值仿真结果表明，该方法可以同时满足捷联光学导引头8°，8.5°，9°的视场角约束以及舵执行机构10°的输入约束。

Abstract

This paper proposes a new type of guidance control for optically guided vehicles that considers the seeker’s field of view constraint and the actuator input constraint simultaneously. Specifically， to allow for a strapdown optically guided vehicle to strike a moving target against a background， we integrate the strapdown decoupling principle with the state constraint control method. This integrated design method follows three key steps： firstly， full strapdown guidance and control with strict feedback is modelled； secondly， an adaptive law for estimating the unknown upper bound square is designed for model uncertainty； thirdly， based on an integral obstacle Lyapunov function combined with dynamic surface control， the seeker’s field of view angle constraint problem is solved. Moreover， the actuator input constraint problem is solved using a smooth approximation to the saturation function in combination with the Nussbaum gain function. Finally， application of the Lyapunov theory proves that the design of the integrated guidance and control method is uniformly bound and stable. Numerical simulation results of typical scenarios show that this method can simultaneously meet the 8°， 8.5°， and 9° field of view constraints of strapdown optical seekers and the 10° input constraints of rudder actuators.

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