1、最优制导简介：从原理到应用

最优制导简介：从原理到应用

1. 背景与动机

在过去几十年里，自主航空航天飞行器的性能提升取得了众多成就，也付出了巨大努力。如今，航空航天科技不仅在军事领域，还在土木工程应用中带来了诸多变革。制导技术在现代航空航天飞行器中至关重要，它能提升飞行器的自主性，因此在研发领域备受关注。

制导是引导飞行器到达特定静止或动态目标的过程，通常根据飞行器状态和目标信息，向其自动驾驶仪或运动控制器生成加速度/姿态指令。经典的比例导航制导（PNG）法则自20世纪60年代起就在航空航天工业中广泛应用，至今仍是现代制导法则的基准。PNG的主要理念是生成横向加速度指令来改变飞行器航向，使其收敛到恒定的碰撞航线以接近目标。其优势在于有效性和实施的简便性，从最小化终端脱靶距离的角度看，它也是一种最优制导法则。此外，PNG不仅用于导弹制导，还在无人机的避障、路径跟踪、壁面跟踪和编队飞行等方面得到应用。

然而，随着应用场景日益复杂，自主航空航天系统中的实际制导问题会受到众多实际约束，以实现不同的任务目标，这表明PNG可能不再有效。例如：
- 反坦克和反舰导弹通常需要以特定的撞击角度拦截目标，以攻击其薄弱点。
- 无人机在经过航点时，可能需要将飞行路径角度约束为期望值，以满足避免雷达探测或地形跟踪的要求。
- 在无人机交会任务（如空中加油）中，无人机需要使其速度向量与目标飞机对齐，以满足任务约束。
- 在战术导弹的中段制导阶段，最大化终端速度可提高后续末段制导阶段的生存能力和杀伤概率。
- 为了对抗现代军舰的近程武器系统，引入了同时拦截的概念，因此终端撞击时间成为额外的约束条件。
- 通常在制导法则设计中假设自动驾驶仪动态响应足够快，但在实际中，无滞后假