重力和風(fēng)對(duì)三維多約束末制導(dǎo)性能的影響分析

張友安 寇昆湖 劉京茂 孫陽(yáng)平

DOI：10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2018.06.004

摘要：本文研究了重力和風(fēng)的干擾對(duì)三維多約束末制導(dǎo)律性能的影響。首先，給出了考慮重力補(bǔ)償?shù)娜S多約束末制導(dǎo)律。然后，為便于分析風(fēng)的干擾對(duì)導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程組的影響，分別在縱向平面考慮了順風(fēng)和逆風(fēng)的影響，在側(cè)向平面考慮了正側(cè)風(fēng)和負(fù)側(cè)風(fēng)的影響，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了前側(cè)風(fēng)和后側(cè)風(fēng)的影響，給出了各種風(fēng)的干擾所產(chǎn)生的附加攻角或附加側(cè)滑角的計(jì)算公式或計(jì)算方法。最后，進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明考慮重力補(bǔ)償?shù)娜S多約束末制導(dǎo)律能夠有效克服重力和風(fēng)的干擾，滿足落角和末端攻角的約束。

關(guān)鍵詞：三維;多約束;末制導(dǎo)律;落角;末端攻角;風(fēng);重力

中圖分類號(hào)：TJ765;V249.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-5048（2018）06-0026-06[SQ0]

0引言

現(xiàn)有文獻(xiàn)已提出多種三維導(dǎo)引建模與導(dǎo)引律設(shè)計(jì)方法，包括雙平面分解法[1]、基于視線坐標(biāo)系的建模方法[2-5]、球面坐標(biāo)建模法[6]、微分幾何建模法[7]和李群建模法[8]等。為了提升打擊效果，文獻(xiàn)[9]提出了一種帶落角和末端攻角約束的二維最優(yōu)末制導(dǎo)律，文獻(xiàn)[10]進(jìn)一步將其從二維平面擴(kuò)展到三維空間，得到一種便于工程實(shí)現(xiàn)的三維多約束末制導(dǎo)律，但沒(méi)有考慮重力和風(fēng)的干擾影響。

實(shí)際飛行環(huán)境中風(fēng)是客觀存在的，并對(duì)制導(dǎo)效果產(chǎn)生較大影響。有很多文獻(xiàn)在制導(dǎo)律研究中考慮了風(fēng)的影響。文獻(xiàn)[11]針對(duì)防空導(dǎo)彈彈道跟蹤問(wèn)題，基于滑模變結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)了一種彈道跟蹤制導(dǎo)律，仿真分析了其抑制隨機(jī)風(fēng)干擾的能力。文獻(xiàn)[12]針對(duì)激光駕束制導(dǎo)抗側(cè)風(fēng)干擾問(wèn)題提出了一種通過(guò)控制氣流側(cè)滑角大小來(lái)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)修正的方案。文獻(xiàn)[13]針對(duì)巡飛彈航跡跟蹤過(guò)程受風(fēng)速、風(fēng)向影響的問(wèn)題，提出了基于變?cè)鲆嫣摂M參考點(diǎn)和系統(tǒng)外回路動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆蔷€性制導(dǎo)律。文獻(xiàn)[14]以無(wú)人機(jī)失去推力后如何使其跟蹤一條給定下滑直線為背景，提出了一種自適應(yīng)非線性制導(dǎo)律方法，仿真驗(yàn)證時(shí)考慮了常值風(fēng)擾動(dòng)的影響。文獻(xiàn)[15]建立了制導(dǎo)炸彈的動(dòng)力學(xué)模型和相對(duì)側(cè)風(fēng)的空氣動(dòng)力模型，將三維比例導(dǎo)引律分解為縱向平面和側(cè)向平面比例導(dǎo)引律，采用黃金分割法得到了制導(dǎo)炸彈攻擊區(qū)。

本文在文獻(xiàn)[10]的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了重力和風(fēng)的干擾對(duì)三維多約束末制導(dǎo)律性能的影響，具體分析了順風(fēng)、逆風(fēng)、正側(cè)風(fēng)、前側(cè)風(fēng)和后側(cè)風(fēng)等風(fēng)況對(duì)導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程組的影響，并給出了相應(yīng)的風(fēng)干擾所產(chǎn)生的附加攻角或附加側(cè)滑角的計(jì)算公式或計(jì)算方法，這是現(xiàn)有文獻(xiàn)所缺乏的。

根據(jù)仿真結(jié)果，導(dǎo)彈最大末端攻角出現(xiàn)在順風(fēng)時(shí)，為1.63°，最小末端攻角出現(xiàn)在逆風(fēng)時(shí)，為-1.72°，在各種風(fēng)的干擾下末端攻角都能控制在0°左右;導(dǎo)彈最大末端側(cè)滑角出現(xiàn)在前側(cè)風(fēng)時(shí)，為1.12°，最小末端側(cè)滑角出現(xiàn)在順風(fēng)和逆風(fēng)時(shí)，為0.12°，在各種風(fēng)的干擾下末端側(cè)滑角也都能控制在0°左右。結(jié)果表明，導(dǎo)彈在上述六種風(fēng)況下均能準(zhǔn)確擊中目標(biāo)，在俯仰通道和偏航通道都能夠滿足預(yù)設(shè)落角和末端攻角與末端側(cè)滑角的要求。

4結(jié)論

本文研究了重力和風(fēng)的干擾對(duì)三維多約束末制導(dǎo)律性能的影響，分析了順風(fēng)、逆風(fēng)、正側(cè)風(fēng)、前側(cè)風(fēng)和后側(cè)風(fēng)五種風(fēng)況對(duì)導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程組的影響，給出了各種風(fēng)干擾所產(chǎn)生的附加攻角或附加側(cè)滑角的計(jì)算公式或計(jì)算方法。分別對(duì)導(dǎo)彈在無(wú)風(fēng)、順風(fēng)、逆風(fēng)、正側(cè)風(fēng)、前側(cè)風(fēng)和后側(cè)風(fēng)六種情況下進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明了考慮重力補(bǔ)償?shù)娜S多約束末制導(dǎo)律具有較強(qiáng)的抗水平風(fēng)干擾的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]竇磊，竇嬌.帶多約束條件的次最優(yōu)中制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J].宇航學(xué)報(bào)，2011，32（12）：2505-2509.

DouLei，DouJiao.TheDesignofSuboptimalMidcourseGuidanceLawwithMultiConstraints[J].JournalofAstronautics，2011，32（12）：2505-2509.（inChinese）

[2]宋俊紅，宋申民，張金鵬.考慮自動(dòng)駕駛儀延遲的三維光滑自適應(yīng)滑模制導(dǎo)律[J].航空兵器，2017（2）：8-13.

SongJunhong，SongShenmin，ZhangJinpeng.ThreeDimensionalSmoothAdaptiveSlidingModeGuidanceLawwithAutopilotLag[J].AeroWeaponry，2017（2）：8-13.（inChinese）

[3]田宏亮，許曉艷.動(dòng)能攔截彈三維末制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J].航空兵器，2017（4）：21-25.

TianHongliang，XuXiaoyan.Designfor3DTerminalGuidanceLawofKineticEnergyInterceptor[J].AeroWeaponry，2017（4）：21-25.（inChinese）

[4]王華吉，雷虎民，張旭，等.帶擴(kuò)張觀測(cè)器的三維有限時(shí)間收斂導(dǎo)引律[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（6）：88-97.

WangHuaji，LeiHumin，ZhangXu，etal.ThreeDimensionalFiniteTimeConvergenceGuidanceLawwithExtendedStateObserve[J].JournalofNationalUniversityofDefenseTechnology，2017，39（6）：88-97.（inChinese）

[5]SiYJ，SongSM.ThreeDimensionalAdaptiveFiniteTimeGuidanceLawforInterceptingManeuveringTargets[J].ChineseJournalofAeronautics，2017，30（6）：1985-2003.

[6]廖飛，王小蕾，季海波，等.三維非線性自適應(yīng)容錯(cuò)導(dǎo)引律設(shè)計(jì)[J].控制理論與應(yīng)用，2018，35（6）：751-760.

LiaoFei，WangXiaolei，JiHaibo，etal.ThreeDimensionalNonlinearAdaptiveFaultTolerantGuidanceLawDesign[J].ControlTheory&Applications，2018，35（6）：751-760.（inChinese）

[7]ChouYC，KuoCY.GeometricApproachtoThreeDimensionalMissileGuidanceProblem[J].JournalofGuidanceandControl，1998，21（2）：335-341.

[8]韓大鵬，孫未蒙，鄭志強(qiáng)，等.一種基于李群算法的新型三維制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J].航空學(xué)報(bào)，2009，30（3）：468-475.

HanDapeng，SunWeimeng，ZhengZhiqiang，etal.NewThreeDimensionalGuidanceLawBasedonLieGroupMethod[J].ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2009，30（3）：468-475.（inChinese）

[9]張友安，孫陽(yáng)平，方悅，等.帶落角和末端攻角約束的最優(yōu)末制導(dǎo)律[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，28（4）：368-371.

ZhangYouan，SunYangping，F(xiàn)angYue，etal.OptimalGuidanceLawwithConstraintonTerminalImpactAngleandAngleofAttack[J].JournalofNavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，2013，28（4）：368-371.（inChinese）

[10]張友安，黃詰，劉京茂，等.一種實(shí)用的三維多約束末制導(dǎo)律與仿真分析[J/OL].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù).https：∥doi.org/10.16358/j.issn.1009-1300.2018.8.173.

ZhangYouan，HuangJie，LiuJingmao，etal.APracticalThreeDimensionalMultiConstraintsTerminalGuidanceLawandSimulationAnalysis[J/OL].TacticalMissileTechnology.https：∥doi.org/10.16358/j.issn.1009-1300.2018.8.173.（inChinese）

[11]張大元，雷虎民，吳玲，等.基于滑模變結(jié)構(gòu)的彈道跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2014（4）：721-727.

ZhangDayuan，LeiHumin，WuLing，etal.ATrajectoryTrackingGuidanceLawBasedonSlidingModeVariableStructureControl[J].SystemsEngineeringandElectronics，2014（4）：721-727.（inChinese）

[12]趙輝，趙斌，盧曉東，等.激光駕束制導(dǎo)導(dǎo)彈抗側(cè)風(fēng)作用控制方法[J].飛行力學(xué)，2015，33（5）：435-438.

ZhaoHui，ZhaoBin，LuXiaodong，etal.CrosswindProofControlTechniqueforLaserBeamRiderGuidanceMissile[J].FlightDynamics，2015，33（5）：435-438.（inChinese）

[13]李增彥，李小民，劉秋生.風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下的巡飛彈航跡跟蹤運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法[J].兵工學(xué)報(bào)，2016，37（12）：2377-2384.

LiZengyan，LiXiaomin，LiuQiusheng.TrajectoryTrackingAlgorithmforMotionCompensationofLoiteringMunitionunderWindEnvironment[J].ActaArmamentarii，2016，37（12）：2377-2384.（inChinese）

[14]黃得剛，趙宏宇，何啟志，等.無(wú)動(dòng)力無(wú)人機(jī)跟蹤下滑直線自適應(yīng)非線性制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，35（3）：528-535.

HuangDegang，ZhaoHongyu，HeQizhi，etal.DesignofAdaptiveNonlinearGuidanceLawforUnpoweredUAVTrackingaGlidingLine[J].JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversity，2017，35（3）：528-535.（inChinese）

[15]龐威，謝曉方，鄭力會(huì)，等.新型遠(yuǎn)程制導(dǎo)炸彈攻擊區(qū)影響因素研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2018，39（2）：1-7.

PangWei，XieXiaofang，ZhengLihui，etal.StudyontheInfluencingFactorsofAttackAreafortheNewLongRangeGuidedBomb[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering，2018，39（2）：1-7.（inChinese）