李群生 趙剡 魯浩 徐劍蕓 王進達
摘要:針對直升機機動的特點,本文采用“速度+方位角”匹配傳遞對準方案,推導(dǎo)了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測方程,提出了一種新的可觀測度改進方法,對其進行了證明。采用此方法分析了系統(tǒng)的可觀度,進行了多種機動方式仿真研究,從中選擇出了合適的機動方案。數(shù)字仿真表明,在搖翼機動的情況下,對準精度優(yōu)于5′,完全可以達到“速度+姿態(tài)”效果,且階數(shù)降低,計算量更小。
關(guān)鍵詞:機載導(dǎo)彈;傳遞對準;機動方式;速度+方位角;卡爾曼濾波;直升機機動
中圖分類號:TJ765;V212.4文獻標識碼:A文章編號:1673-5048(2018)06-0039-05[SQ0]
0引言
通常載機都配備有高精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)(簡稱為主慣導(dǎo)),因此機載導(dǎo)彈捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(簡稱為子慣導(dǎo))的對準一般采用主慣導(dǎo)提供的信息通過傳遞對準實現(xiàn)[1-2]。對準的參數(shù)包括姿態(tài)、速度和位置,通常速度和位置的對準可以由主慣導(dǎo)直接復(fù)制給子慣導(dǎo),由于主子慣導(dǎo)的相對姿態(tài)受外掛公差、外掛結(jié)構(gòu)撓曲的影響,直接復(fù)制時存在較大的誤差。傳遞對準的本質(zhì)實際上是將主慣導(dǎo)提供的參考信息與子慣導(dǎo)的輸出信息相匹配,通過濾波方法估計主子慣導(dǎo)的物理失準角,從而獲得子慣導(dǎo)導(dǎo)航所需的初始姿態(tài)信息[3]。
文獻[4]首次提出在10s內(nèi)可以達到1mrad對準精度的速度+姿態(tài)匹配傳遞對準后,機載導(dǎo)彈捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對準發(fā)展到了一個新的階段。速度+姿態(tài)匹配傳遞對準相對于速度匹配傳遞對準的一個顯著優(yōu)點是不需要做較長時間的S形機動,只需要做簡單的搖翼機動就可以完成天向失準角的估計。速度+姿態(tài)匹配大幅度提高了傳遞對準的快速性,因此速度+姿態(tài)匹配傳遞對準也稱為快速傳遞對準。1997年,美國在F-16戰(zhàn)機上對快速傳遞對準進行了試飛驗證,證明了速度+姿態(tài)匹配可以在10s內(nèi)達到1mrad精度水平[4]。姿態(tài)匹配有多種形式,如姿態(tài)角匹配[5]、姿態(tài)陣匹配[6]等,文獻[7-8]證明了各種姿態(tài)匹配形式本質(zhì)上是一致的。文獻[9]認為主子慣導(dǎo)間Z向撓曲變形小,提出采用速度+Z向姿態(tài)匹配傳遞對準。文獻[10]給出一種采用速度+主子慣導(dǎo)Z軸安裝誤差角為觀測的改進快速傳遞對準算法,該方法兼具傳統(tǒng)速度加姿態(tài)匹配算法的優(yōu)點,又避開了其在搖翼機動時對時間延遲、撓曲變形敏感的缺點。
直升機主慣導(dǎo)采用捷聯(lián)慣導(dǎo),能夠輸出更多的信息,如角速度等。直升機相對于固定翼飛機而言,“機翼”較短且剛度較大,在飛行過程中變形較小是姿態(tài)匹配能夠順利進行的前提,圖1所示為直升機與固定翼飛機機翼對比圖。直升機能夠進行的機動方式與固定翼飛機存在較大差別,直升機更容易進行橫滾等角運動,使得姿態(tài)匹配算法具有良好的觀測性,濾波器的收斂性較好,對準的精度增高;固定翼飛機的運動特點是高速的線運動,產(chǎn)生線運動相對容易,產(chǎn)生角運動相對困難,而直升機在實戰(zhàn)中飛行速度較小,加減速度也較小,因而單獨采用速度匹配不容易完成航向角對準。而且直升機懸停發(fā)射是其常用的作戰(zhàn)方式,在此種方式下,僅僅采用“速度”匹配方式,無法完成航向角的對準[11],這些都對傳遞對準造成較大的影響,國內(nèi)對該項技術(shù)的研究較少,尚未見到有工程應(yīng)用的報道。
4結(jié)論
本文在直升機載導(dǎo)彈傳遞對準技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出一種“速度+方位角”的匹配方案。推導(dǎo)了“速度+方位角”的卡爾曼濾波數(shù)學模型,并通過可觀測性矩陣的奇異值改進,結(jié)合直升機機動特點,對系統(tǒng)的可觀測性進行了分析,選擇出一種適合于直升機特點的傳遞對準機動方案。通過數(shù)字仿真對6種機動方式進行了驗證,結(jié)果表明,在搖翼機動模式下,所提出的傳遞對準方案能夠完全達到“速度+姿態(tài)”的對準精度,并具有更低的計算復(fù)雜度。
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