BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
HOÀNG VĂN LONG
XÂY DỰNG GIẢI PHÁP VÀ THUẬT TOÁN NÂNG CAO ĐỘ
CHÍNH XÁC LẬP HỆ TỌA ĐỘ DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU MANG
VÀ ĐIỀU KHIỂN KÊNH ĐỘ CAO CHO THIẾT BỊ BAY HÀNH
TRÌNH TRÊN BIỂN
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9 52 02 16
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2025
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ TỔNG THAM MƯU
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Nguyễn Quang Vịnh
2. PGS. TS Trần Đức Thuận
Phản biện 1: GS.TS Phan Xuân Minh
Đại học Bách khoa Hà Nội
Phản biện 2: PGS.TS Vũ Hỏa Tiễn
Học viện Kỹ thuật quân sự
Phản biện 3: TS Nguyễn Sỹ Long
Viện khoa học và Công nghệ quân sự
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Viện họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi: ……giờ
…… ngày ...... tháng……. năm 2025
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Tác chiến trên biển bằng tên lửa đối hải luôn được quan tâm nghiên cứu
phát triển nhằm nâng cao hiệu quả chiến đấu của các tàu mang tên lửa. Tác chiến
trên biển có nhiều thách thức khác với tác chiến đối không, đối đất do đặc thù
của môi trường biển: ảnh hưởng của sóng, gió, các dòng hải lưu ngầm,...Điều
khiển tên lửa đối hải đảm bảo hiệu quả chiến đấu luôn là bài toán khó, là thách
thức đối với các nhà khoa học quân sự hàng hải.
Hoạt động trên biển, tín hiệu thông tin liên lạc với đất liền, cũng như xác
định vị trí chính xác của tàu mang tên lửa đối hải thông qua thiết bị GPS luôn là
điều kiện quan trọng và cần thiết. Nhưng việc nhận thông tin qua GPS không
phải lúc nào cũng sẵn sàng. Trường hợp mất thông tin từ GPS tàu mang tên lửa
sẽ xác định vị trí như thế nào? Chiến lược tác chiến khi có mục tiêu sẽ được thực
hiện ra sao? Những vấn đề này cũng cần được nghiên cứu một cách nghiêm túc.
Có như vậy mới nâng cao được chất lượng tác chiến đối hải của tàu mang tên
lửa.
Ngoài ra, để tránh được hỏa lực phòng không của đối phương tên lửa đối hải
(TLĐH) phải có khả năng bay bay ở độ cao rất thấp (dưới mười mét) trên mặt nước
biển. Vì vậy, tên lửa hành trình đối hải (TLHTĐH) còn được gọi là TLHTĐH bay
sát mặt biển. Đối với TLHTĐH bay sát mặt nước biển, việc giữ ổn định khoảng
cách với mặt nước biển là vô cùng quan trọng vì nó đảm bảo an toàn cho tên lửa
trong khoảng thời gian bay đến mục tiêu. Đây cũng là bài toán được nhiều nhà khoa
học quân sự hàng hải quan tâm nghiên cứu.
Xuất phát từ những l do trên, luận án lựa chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng
giải pháp và thuật toán nâng cao độ chính xác lập hệ tọa độ dẫn đường cho tàu
mang và điều khiển kênh độ cao cho thiết bị bay hành trình trên biển”. Đây là
vấn đề cấp thiết, có tính thời sự và tính ứng dụng cao, những kết quả của Luận án
là tiền đề cho lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo Tên lửa.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là giải quyết hai nhiệm vụ chính:
- Luận án lựa chọn giải pháp thiết kế chế tạo một GPS ảo dựa trên mạng nơ
ron nhân tạo và các thiết bị đo gắn trên tàu tên lửa đảm bảo hoạt động của tàu
trong trường hợp mất thông tin liên lạc với GPS.
- Nhiệm vụ thứ hai được giải quyết dựa trên lý thuyết điều khiển thích nghi
nhằm đảm tên lửa bay với độ cao thấp, ổn định và an toàn trên biển nhằm tránh
hỏa lực phòng không của tàu địch trước khi tiến hành tiêu diệt mục tiêu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Tàu chiến mang tên lửa đối hải và chủng loại tên
lửa hành trình đối hải được trang bị trên tàu.
2
- Phạm vi nghiên cứu của luận án:
+ Thiết bị dẫn đường quán tính (vật thể bay cự ly < 150 km).
+ Tàu mang tên lửa đối hải.
+ Tên lửa đã hoạt động ở giai đoạn hành trình, tức là thuật toán điều khiển
không xét tới việc đưa tên lửa từ độ cao Hmax vào độ cao hành trình Hct.
4. Nội dung nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
- Tổng quan về vấn đề dẫn đường và đo cao cho thiết bị bay trên biển.
- Tình hình nghiên cứu về bài toán dẫn đường và đo cao.
- Đề xuất và nghiên cứu phương án xây dựng một GPS ảo thay thế cho
GPS trong trường hợp mất thông tin từ GPS trên cơ sở mạng nơ ron nhân tạo và
các thiết bị đo được trang bị trên tàu.
- Xây dựng thuật toán xác định thông số cho hệ tọa độ dẫn đường và thuật
toán điều khiển cho kênh điều khiển ổn định độ cao của TLHTĐH khi bay thấp
trên mặt biển.
- Mô phỏng đánh giá hiệu quả của giải pháp và thuật toán.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết sau:
- Ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại và mạng nơ ron nhân tạo để xây
dựng giải pháp và thuật toán nâng cao độ chính xác lập hệ tọa độ cho tàu mang.
- Ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi để xây dựng bộ điều khiển ổn
định độ cao cho tên lửa hành trình đối hải trong trường hợp có nhiễu sóng biển.
- Đánh giá hiệu quả của các đề xuất mới trong luận án bằng pháp mô phỏng
kỹ thuật số.
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học: Đề xuất thuật toán xây dựng một GPS ảo trên cơ sở ứng
dụng lý thuyết lọc Kalman phi tuyến mở rộng, mạng nơ ron nhân tạo và các thiết bị
đo trên tàu khi mất tín hiệu GPS nhằm đảm bảo phương án tác chiến trên biển khi
có mục tiêu.
Tổng hợp cấu trúc kênh điều khiển thích nghi nhằm ổn định độ cao TLHTĐH
trên cơ sở của bộ điều khiển PID-RBF bằng phương pháp điều khiển thích nghi trực
tiếp.
Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu phát triển các kết quả đạt được của luận án
để đưa vào ứng dụng trên các tàu mang tên lửa nhằm tăng cường khả năng tác
chiến của tàu.
Kết quả thực nghiệm của luận án có thể sử dụng cho những mục đích khác
nhau như thiết kế cải tiến hoàn thiện hệ thống điều khiển trên khoang TLHTĐH,
phục vụ nghiên cứu, giảng dạy và học tập trong các học viện, nhà trường kỹ thuật
3
của Quân đội.
7. Bố cục của luận án
Luận án được xây dựng bao gồm phần Mở đầu, 3 chương và Kết luận.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ DẪN ĐƯỜNG VÀ ĐO CAO
CHO THIẾT BỊ BAY TRÊN BIỂN
1.1. Tổng quan về vấn đề dẫn đường và đo cao cho tên lửa đối hải
Tên lửa hành trình đối hải là một loại vũ khí chiến lược được thiết kế để
tiêu diệt mục tiêu trên biển với độ chính xác cao. Quá trình hoạt động của tên
lửa gồm ba giai đoạn chính: chuẩn bị phóng, hành trình và tự dẫn. Mỗi giai đoạn
đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tên lửa không chỉ khởi động thành
công mà còn duy trì quỹ đạo bay ổn định, ngay cả trong môi trường biển có sóng
và gió.
Bài toán đặt ra là: Làm thế nào để xác định vị trí tàu mang tên lửa khi
không có GPS, nhằm cung cấp dữ liệu chính xác cho hệ thống điều khiển bắn?
Khi có được vị trí chính xác, hệ thống sẽ tính toán độ cao mong muốn khi
phóng tên lửa, đảm bảo quỹ đạo ban đầu tối ưu để tấn công mục tiêu hiệu quả.
Nếu sai số trong việc xác định độ cao lớn, tên lửa có thể mất chính xác ngay từ
khi phóng, ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình bay và khả năng tiêu diệt mục tiêu.
Sau khi phóng, tên lửa chuyển sang giai đoạn hành trình, nơi nó cần duy
trì độ cao ổn định bất chấp các tác động từ sóng biển và nhiễu động khí động
học. Điều này đặt ra yêu cầu về một bộ điều khiển thích nghi để giữ ổn định độ
cao bay, giúp tên lửa duy trì quỹ đạo mong muốn cho đến khi tiếp cận mục tiêu.
Như vậy, hai vấn đề chính trong luận án có sự liên kết chặt chẽ: Xác định
chính xác vị trí tàu mang tên lửa khi mất GPS sẽ giúp hệ thống điều khiển bắn
xác định độ cao phóng thích hợp. Phát triển bộ điều khiển thích nghi giúp duy
trì độ cao ổn định trong giai đoạn hành trình, đảm bảo tên lửa tiếp cận mục tiêu
chính xác.
1.1.1. Nguyên tắc dẫn đường quán tính
Ý tưởng chính của dẫn đường quán tính là dựa trên phép tích phân gia
tốc. Thiết bị đo gia tốc đối tượng là gia tốc kế. Gia tốc kế đo gia tốc của tâm khối
đối tượng chuyển động, trong hệ tọa độ quán tính chỉ số gia tốc kế
f
được biểu
diễn:
m
f a g=−
(1.1)
1.1.2. Các hệ tọa độ sử dụng trong mô tả chuyển động của vật thể
Để điều khiển thiết bị bay nói chung tên lửa nói riêng luôn phải giải quyết
2 vấn đề mang tính nguyên tắc, đó là vấn đề dẫn đường và vấn đề tạo lệnh điều
khiển. Vấn đề dẫn đường là cơ sở cho vấn đề tạo lệnh điều khiển.
Vấn đề dẫn đường là giải quyết nhiệm vụ xác định vị trí của thiết bị bay
trong không gian của hệ tọa độ dẫn đường. Vị trí bao gồm vị trí tâm khối của
