大彎曲彈道捷聯(lián)導(dǎo)引頭制導(dǎo)律研究

李 菁,張 雷，胡俊香

(1.安徽神劍科技股份有限公司， 合肥 230000； 2 陸軍南京軍代局， 南京 210024)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術(shù)戰(zhàn)爭，精確制導(dǎo)武器是決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝負的關(guān)鍵因素。捷聯(lián)式激光導(dǎo)引頭因其技術(shù)成熟、低成本、抗過載性能良好等特點，多用于精確打擊彈藥。捷聯(lián)式導(dǎo)引頭可根據(jù)探測到的激光光斑位置信息，可為彈上控制系統(tǒng)提供準確的彈目偏差量信息(含彈目偏差量R、自轉(zhuǎn)角θ)[1-7]。如國內(nèi)已裝備的激光制導(dǎo)類彈藥多為平射直瞄類彈藥，在采用的彈體追蹤制導(dǎo)律中，根據(jù)導(dǎo)引頭的光斑位置信息，可確定具體的修正方位[8-10]。圖1表示了導(dǎo)引頭輸出彈目偏差量在彈體坐標系上的情況。

圖1 導(dǎo)引頭輸出彈目偏差量在彈體坐標系上的情況示意圖

1 迫彈彈道特性分析

常用于山地作戰(zhàn)的迫彈平臺，以45°～80°大射角射擊，全彈道為典型大彎曲彈道全裝藥條件下全彈道曲線見圖2。

圖2 全裝藥條件下全彈道曲線

彈道的彎曲特性及導(dǎo)引頭的捷聯(lián)式固定方式?jīng)Q定了彈丸沿標準彈道(無需修正即可命中目標的理想彈道)飛行的情況下也存在隨彈道傾角變化的固有彈目偏差角，標準彈道下彈目偏差角R與彈道傾角隨時間的變化見圖3。

由于存在彈道固有的彈目，按照圖1根據(jù)導(dǎo)引頭光斑信息確定修正方向?qū)磔^大的偏差，彎曲彈道特性決定了導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律不同于平射直瞄類位置平臺變化規(guī)律，受重力影響而無法直接獲得彈目相對位置關(guān)系，如仍按照圖1進行控制決策，將導(dǎo)致修正偏差較大，不足以保證修正精度的實現(xiàn)，常規(guī)的彈體追蹤制導(dǎo)律控制方式已不能適用于迫彈平臺。因此對捷聯(lián)式激光導(dǎo)引頭在迫彈平臺上的光斑變化規(guī)律進行分析研究，是迫彈平臺制導(dǎo)類產(chǎn)品控制方案制定、算法設(shè)計的基礎(chǔ)。

圖3 標準彈道下彈目偏差角R與彈道傾角與時間的關(guān)系

2 彈道解算模型建立

根據(jù)迫彈彈道特性，建立彈道解算模型為：

其中：V為存速；c為平均彈道系數(shù)；Cx0(Ma)為43年阻力定律；θ為彈道傾角；g為重力加速度；L為彈目距；R為理論彈目偏差角；X0為射程；Δy為炮目高程差。激光光斑位置信息的坐標轉(zhuǎn)化模型如圖4所示。

圖4 激光光斑位置信息的坐標轉(zhuǎn)化模型

彈丸轉(zhuǎn)速為ω，慣導(dǎo)組件實測重力方向夾角為θ。已知目標靶板與落點間的位置：Δx=X靶-X0，Δz=Z靶-Z0，導(dǎo)引頭實測光斑位置信息：彈目偏差角R′=θ1、θ′=θg+Δθ。

3 激光光斑變化規(guī)律分析

根據(jù)仿真計算可知，當彈道預(yù)測落點在目標前方偏左方時，光斑相對重力方向變化規(guī)律示意圖如圖5(近10側(cè)10代表彈丸落點落于目標左前方位置，縱向射程差為10 m，橫向距離差為10 m)，當彈道預(yù)測落點在目標后方偏左方時，光斑相對重力方向變化規(guī)律示意圖如圖6所示(遠10側(cè)20代表彈丸落點落于目標左后方置，縱向射程差為-10 m，橫向距離差為20 m)。

4 激光光斑變化規(guī)律在彈體追蹤制導(dǎo)律中的運用

考慮重力影響，修正方向應(yīng)為實測光斑與理論彈道光斑的連線方向，考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律后修正方向在彈體坐標系上的示意圖如圖7。通過蒙特卡洛打靶法進行對比仿真分析，考慮修正彈道對導(dǎo)引頭變化規(guī)律的影響量，圖8表示了蒙特卡洛仿真結(jié)果從圖8和表1(未考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律的修正仿真結(jié)果，考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律的修正仿真結(jié)果)仿真結(jié)果，考慮重力影響，將導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律運用至制導(dǎo)律設(shè)計方案中，可有效抑制因修正方向偏差引起的彈丸離群現(xiàn)象，從而提高CEP修正精度。

圖7 考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律后修正方向在彈體坐標系上的示意圖

圖8 蒙特卡洛仿真結(jié)果

序號制導(dǎo)律近射程CEP/m中射程CEP/m遠射程CEP/m1不考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律(修正方向如圖1)5.0077.6229.7742考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律(修正方向如圖7)3.2724.7406.178

5 結(jié)論

將捷聯(lián)式激光導(dǎo)引頭在彈道末端修正段的探測光斑變化規(guī)律運用至制導(dǎo)律中，可有利提高彈藥的修正精度，提升迫彈平臺的攻擊效能。