捷聯(lián)導(dǎo)引頭線性區(qū)策略研究*

黃敘磊,郗俊杰,黎海青,王 根

(中國兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

捷聯(lián)導(dǎo)引頭線性區(qū)策略研究*

黃敘磊,郗俊杰,黎海青,王 根

(中國兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

文中介紹了捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭工作原理,提出了旋轉(zhuǎn)彈捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭線性區(qū)判斷的問題,并提出了幾種線性區(qū)判定策略,同時分別對各策略進(jìn)行了詳細(xì)分析,確定了一種較優(yōu)的策略。研究了導(dǎo)引頭工作在線性區(qū)外時的控制方案,此方案對我國低成本捷聯(lián)制導(dǎo)彈藥裝備發(fā)展具有一定的借鑒意義。

捷聯(lián)導(dǎo)引頭;線性區(qū);控制

0 引言

捷聯(lián)尋的制導(dǎo)通常包括全捷聯(lián)和半捷聯(lián)兩種方式。全捷聯(lián)方式徹底取消了機(jī)械回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),優(yōu)點是體積、成本均大幅降低,可靠性提高,跟蹤速度和跟蹤精度不受機(jī)械限制和摩擦力矩影響,缺點是探測器需要較大的瞬時視場,同時視線角速率提取十分困難。根據(jù)尋的制導(dǎo)方式不同,目前廣泛應(yīng)用的激光半主動捷聯(lián)尋的制導(dǎo)、捷聯(lián)成像尋的制導(dǎo)和捷聯(lián)雷達(dá)尋的制導(dǎo)等均可實現(xiàn)全捷聯(lián)制導(dǎo)。下面線性區(qū)策略研究以激光捷聯(lián)導(dǎo)引頭為例。

1 捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭線性區(qū)原理

相對于平臺激光導(dǎo)引頭來說,捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭沒有內(nèi)外區(qū)之分,其只有線性區(qū)與非線性區(qū)的區(qū)別。在不考慮導(dǎo)引頭死區(qū)、線性度等對輸出的影響下,其輸出曲線如圖1所示。

從圖1可以看出圖中虛線所畫部分內(nèi)導(dǎo)引頭輸出的曲線呈線性變化,虛線外的部分由于探測器的硬件因素,因此無法滿足線性化的要求,所以必須對導(dǎo)引頭輸出信號進(jìn)行限幅。

激光捷聯(lián)導(dǎo)引頭輸出的兩路角偏差信號uΔy、uΔz,其能夠輸出的所有值的集合構(gòu)成了線性區(qū)。

圖1 導(dǎo)引頭輸出曲線

圖2 導(dǎo)引頭限幅后的輸出曲線

如圖3所示虛線區(qū)域內(nèi)為線性區(qū),實線部分內(nèi)為導(dǎo)引頭的視場,虛實線之間為導(dǎo)引頭非線性區(qū)(即限幅區(qū))。由圖3可以看出導(dǎo)引頭其線性區(qū)比較小。當(dāng)飛行過程中由方案控制段轉(zhuǎn)入導(dǎo)引段時,即導(dǎo)引頭剛捕獲目標(biāo)時,導(dǎo)引頭輸出的角偏差信號一般處于非線性區(qū),所以必須減少導(dǎo)引頭處于非線性區(qū)工作時間,盡快進(jìn)入線性區(qū)。

圖3 導(dǎo)引頭線性區(qū)

2 捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭非線性區(qū)控制策略

通過控制系統(tǒng)作用,當(dāng)捷聯(lián)導(dǎo)引頭在非線性區(qū)時,通過偏置追蹤末制導(dǎo)方式控制指令使彈軸快速向彈目線方向轉(zhuǎn)動,使捷聯(lián)導(dǎo)引頭盡快工作在線性區(qū);線性區(qū)內(nèi)采用導(dǎo)引控制,非線性區(qū)采用偏置追蹤末制導(dǎo)方式控制,線性區(qū)內(nèi)外控制方式自動切換。

具體的指令設(shè)計為:

式中:Uy、Uz分別為俯仰、偏航通道導(dǎo)引頭輸出幅值;U1、U2分別為俯仰、偏航控制指令;Tdy為導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)時刻;c為導(dǎo)引頭線性區(qū)系數(shù);k1、k2為俯仰、偏航通道控制器系數(shù),如為軸對稱彈則k1=k2。

彈體在飛行過程中,當(dāng)導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)且進(jìn)入控制系統(tǒng)設(shè)計的導(dǎo)引開始時間時刻Tb,開始判斷導(dǎo)引頭偏差信號,當(dāng)連續(xù)N幀信號均小于a°即進(jìn)入線性區(qū),按導(dǎo)引方案進(jìn)行制導(dǎo),當(dāng)連續(xù)N幀信號均大于a°時即進(jìn)入線性區(qū)外時,再次按偏置追蹤末制導(dǎo)方式控制,直至拉入線性區(qū)內(nèi),且兩種制導(dǎo)方式在初次切換過程中設(shè)計過渡時間,保證切換過程指令平滑性,使彈體姿態(tài)變化平緩。

式中:Td為彈體時間常數(shù);Tz為激光編碼照射周期。

圖4為某彈飛行數(shù)據(jù),在Tdy=5.296 s時刻開始由方案控制段轉(zhuǎn)入制導(dǎo)段,剛進(jìn)入制導(dǎo)段時,導(dǎo)引頭輸出的角偏差信號處于非線性區(qū)(B=0,B為線性區(qū)標(biāo)志量值),此時按偏置追蹤末制導(dǎo)方式進(jìn)行控制;當(dāng)7.508 s時,導(dǎo)引頭輸出的角偏差信號處于線性區(qū)(B=1),此時按導(dǎo)引方案進(jìn)行制導(dǎo);當(dāng)9.432 s時,導(dǎo)引頭輸出的角偏差信號處于非線性區(qū)(B=2),此時按偏置追蹤末制導(dǎo)方式進(jìn)行控制,且兩種末制導(dǎo)方式不再過渡;從圖4看出,此發(fā)彈在飛行過程中進(jìn)行了6次線性區(qū)邊緣的自動切換,直至最終命中目標(biāo),表明此捷聯(lián)導(dǎo)引頭線性區(qū)邊緣控制方法可行。

圖4 線性區(qū)邊緣控制方式自動切換標(biāo)志量

3 旋轉(zhuǎn)彈捷聯(lián)導(dǎo)引頭線性區(qū)控制問題的提出

通過數(shù)據(jù)可以看出上述控制策略對傾斜穩(wěn)定彈是可行的,但對于旋轉(zhuǎn)彈則出現(xiàn)了新的問題。

圖5 旋轉(zhuǎn)彈導(dǎo)引頭線性區(qū)示意圖

4 旋轉(zhuǎn)彈捷聯(lián)導(dǎo)引頭線性區(qū)控制策略

針對旋轉(zhuǎn)彈在線性區(qū)邊緣的現(xiàn)象研究出以下策略:

將旋轉(zhuǎn)彈在彈體系下測的角誤差信號投影到準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系,對于超出輸出軸線性區(qū)的角誤差信號進(jìn)行限幅,Y2、Z2軸輸出的信號分別為Uy、Uz。其計算公式為:

(3)

式中r為彈體滾轉(zhuǎn)角。

圖6 準(zhǔn)彈體系下導(dǎo)引頭線性區(qū)示意圖

策略5：半徑為a的圓。

策略6：改進(jìn)的半徑為a的圓。

5 仿真結(jié)果研究

為了驗證以上6種策略的效果,對其進(jìn)行彈道仿真。仿真條件選取某型導(dǎo)彈遠(yuǎn)射程典型彈道,該型導(dǎo)彈為旋轉(zhuǎn)彈使用捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭,其飛行的彈道特點為末制導(dǎo)段其導(dǎo)引頭輸出處于線性區(qū)邊緣。

仿真結(jié)果見表1。

表1 旋轉(zhuǎn)彈捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭線性區(qū)控制策略對比結(jié)果

為了進(jìn)一步驗證各策略方法在實際條件下的適用情況,對該導(dǎo)彈增加側(cè)向10 m/s的恒值常風(fēng),仿真結(jié)果如表2。

從表1和表2可以看出,策略4和6在無風(fēng)條件下出線性區(qū)次數(shù)和脫靶量無差別,相比策略5脫靶量還要略高。但在常風(fēng)干擾作用下,導(dǎo)引頭側(cè)向輸出值變大,導(dǎo)致策略4出線性區(qū)次數(shù)及脫靶量直接上升,綜合考慮策略6方法較其余方法更優(yōu)。

表2 旋轉(zhuǎn)彈捷聯(lián)導(dǎo)引頭線性區(qū)控制策略對比結(jié)果(恒風(fēng))

6 結(jié)論

文中通過介紹捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭工作原理引出了旋轉(zhuǎn)彈捷聯(lián)激光導(dǎo)引頭線性區(qū)判斷的問題,在闡述問題的同時提出了線性區(qū)外控制方案及幾種線性區(qū)判定策略,并分別對各策略進(jìn)行了詳細(xì)分析,最終確定了一種較優(yōu)的策略。

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Study on Strategy of Linear Region of Strapdown Seeker

HUANG Xulei,XI Junjie,LI Haiqing,WANG Gen

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In this paper, the working principle of strapdown laser seeker was introduced. The problem of judging linear region of strapdown laser seeker was proposed. Several linear region decision strategies were proposed, and the strategies of each strategy were analyzed in detail. A better strategy was determined. The control scheme for seeker working out of the linear was studied. This scheme has certain reference significance for development of low cost strapdown guidance ammunition equipment in our country.

strapdown seeker; linear region; control

2016-02-26

黃敘磊(1985-),男,陜西西安人,工程師,碩士,研究方向:導(dǎo)彈制導(dǎo)控制。

TJ765.339

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