CN113587727B - 一种基于弹目视线变系数的比例导引方法、***及介质 - Google Patents

一种基于弹目视线变系数的比例导引方法、***及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于弹目视线变系数的比例导引方法。对于捷联制导来说，在工程上常采用基于视线角的制导律，一般情况下，其采用固定系数的比例导引法，考虑到制导精度，导引系数较大，即进末制导后，导弹飞行速度方向迅速往弹目视线向上靠拢，这导致进末制导初始阶段，导引指令跳动较大，另外，也影响射程。本发明公布一种变系数的导引法，其导引系数随时间线性增加，可以获得相对较好的导引弹道特性和较远的射程，而不牺牲制导精度。

Description

一种基于弹目视线变系数的比例导引方法、***及介质
技术领域
本发明涉及一种基于弹目视线变系数的比例导引方法、***及介质，属于捷联制导技术领域。
背景技术
随着科技的发展，考虑至战术导弹小型化、低成本化以及提高可靠性，越来越多战术导弹采用捷联制导技术，在工程上常采用基于视线角的制导律，一般情况下，其采用固定系数的比例导引法，考虑至制导精度，导引系数较大，即进末制导后，导弹飞行速度方向迅速往弹目视线向上靠拢，这导致进末制导初始阶段，导引指令跳动较大，另外，也影响射程。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于弹目视线变系数的比例导引方法及***，其导引系数随时间由小线性增加，可以获得相对较好的导引弹道特性和较远的射程，而制导精度不损失。
本发明的技术解决方案是：
一种基于弹目视线变系数的比例导引方法，步骤如下：
(1)确定变系数的导引系数K＝k1+k2t；
其中，k1和k2为系数，t为时刻；
(2)确定比例导引基本方程，并代入变系数的导引系数K；
(3)根据比例导引基本方程，确定变系数导引律：
Figure BDA0003127363430000011
其中，θ为导弹飞行弹道倾角，q为弹目视线角，θ0和q0分别为进末制导时刻的弹道倾角和弹目视线角，θt和qt分别为t时刻的弹道倾角和弹目视线角；
(4)根据得到的变系数导引律，进行制导。
进一步的，比例导引基本方程为
Figure BDA0003127363430000021
其中，
Figure BDA0003127363430000022
为导弹飞行弹道倾角速率，
Figure BDA0003127363430000023
为弹目视线角速率。
进一步的，变系数导引律通过如下方式得到：
进末制导时刻为t0，对比例导引基本方程两边进行积分运算，得到：
Figure BDA0003127363430000024
即
Figure BDA0003127363430000025
其中，θ(·)和q(·)分别为对应时刻的弹道倾角和弹目视线角；
令进末制导时刻t0＝0，θ(t0)＝θ0，θ(t)＝θt，q(t0)＝q0，q(t)＝qt，则上式简化为
Figure BDA0003127363430000026
进一步的，本发明还提出一种基于弹目视线变系数比例导引***，包括：
变系数导引系数计算模块：确定变系数的导引系数K＝k1+k2t；其中，k1和k2为系数，t为时刻；
比例导引基本方程确定模块：确定比例导引基本方程，并代入变系数的导引系数K；比例导引基本方程为
Figure BDA0003127363430000027
其中，
Figure BDA0003127363430000028
为导弹飞行弹道倾角速率，
Figure BDA0003127363430000029
为弹目视线角速率。
变系数导引律确定模块：根据比例导引基本方程，确定变系数导引律：
变系数导引律通过如下方式得到：
进末制导时刻为t0，对比例导引基本方程两边进行积分运算，得到：
Figure BDA00031273634300000210
即
Figure BDA0003127363430000031
其中，θ(·)和q(·)分别为对应时刻的弹道倾角和弹目视线角；
令进末制导时刻t0＝0，θ(t0)＝θ0，θ(t)＝θt，q(t0)＝q0，q(t)＝qt，则上式简化为
Figure BDA0003127363430000032
其中，θ为导弹飞行弹道倾角，q为弹目视线角，θ0和q0分别为进末制导时刻的弹道倾角和弹目视线角，θt和qt分别为t时刻的弹道倾角和弹目视线角；
制导模块：根据得到的变系数导引律，进行制导。
进一步的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法。
进一步的，本发明还提出一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明开发基于弹目视线变系数的比例导引法，不额外增加弹上的硬件；
(2)本发明可以有效降低末制导初始段的指令跳动；
(3)本发明可以有效改善导引弹道特性，有利于提高射程，增加弹道终端的高低角，提高打击效果。
(4)本发明方法数学推导简单，意义明确，便于理解。
附图说明
图1为仿真弹道的指令与响应示意图；
图2为仿真弹道的弹体角速度示意图；
图3为仿真弹道的弹道倾角和高低角示意图；
图4为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
对于捷联制导来说，在工程上常采用基于视线角的制导律，一般情况下，其采用固定系数的比例导引法，考虑到制导精度以及导引弹道的收敛特性，导引系数较大，即进末制导后，导弹飞行速度方向迅速往弹目视线方向上靠拢，一般情况下，进末制导时弹目距离较远，导引头输出角度噪声和误差较大，这导致进末制导初始阶段，导引指令跳动较大，另外，也影响射程。本发明结合导引头输出误差特性与弹道特性，公布一种基于弹目视线变系数的比例导引法，其导引系数随时间线性增加，可以获得相对较好的导引弹道特性和较远的射程，而不牺牲制导精度。
如图4所示，本发明提出的基于弹目视线变系数的比例导引方法，包括如下步骤：
(1)确定变系数的导引系数K＝k1+k2t；
其中，k1和k2为系数，t为时刻。
按照本发明设计的导引系数，导引系数线性增加，可以控制飞行速度往弹目视线靠拢的速度，增加末段高低角，提高打击效果；
(2)确定比例导引基本方程，并代入变系数的导引系数K；
比例导引基本方程为
Figure BDA0003127363430000041
其中，
Figure BDA0003127363430000042
为导弹飞行弹道倾角速率，
Figure BDA0003127363430000043
为弹目视线角速率。
(3)根据比例导引基本方程，确定变系数导引律。基于变系数的比例导引法，其导引系数线性由小增加，可以改善初段末制导的指令振荡特性；
变系数导引律通过如下方式得到：
进末制导时刻为t0，对比例导引基本方程两边进行积分运算，得到：
Figure BDA0003127363430000044
即
Figure BDA0003127363430000051
其中，θ(·)和q(·)分别为对应时刻的弹道倾角和弹目视线角。
令进末制导时刻t0＝0，θ(t0)＝θ0，θ(t)＝θt，q(t0)＝q0，q(t)＝qt，则上式可简化为
Figure BDA0003127363430000052
其中，θ为导弹飞行弹道倾角，q为弹目视线角，θ0和q0分别为进末制导时刻的弹道倾角和弹目视线角，θt和qt分别为t时刻的弹道倾角和弹目视线角。
(4)根据得到的变系数导引律，进行制导。
本发明中将导引系数设计为随时间由小线性增加，可以获得相对较好的导引弹道特性和较远的射程，而制导精度不损失。针对基于弹目视线的比例导引法，可以获得比追踪法更好的导引特性；同时，导引系数线性由小增加，对于某一类滑翔制导武器而言，进末制导后，可以继续以较优的滑翔攻角飞行，这样可以有效增加射程。
进一步的，本发明还提出一种基于弹目视线变系数比例导引***，包括：
变系数导引系数计算模块：确定变系数的导引系数K＝k1+k2t；其中，k1和k2为系数，t为时刻；
比例导引基本方程确定模块：确定比例导引基本方程，并代入变系数的导引系数K；比例导引基本方程为
Figure BDA0003127363430000053
其中，
Figure BDA0003127363430000054
为导弹飞行弹道倾角速率，
Figure BDA0003127363430000055
为弹目视线角速率。
变系数导引律确定模块：根据比例导引基本方程，确定变系数导引律：
变系数导引律通过如下方式得到：
进末制导时刻为t0，对比例导引基本方程两边进行积分运算，得到：
Figure BDA0003127363430000056
即
Figure BDA0003127363430000061
其中，θ(·)和q(·)分别为对应时刻的弹道倾角和弹目视线角；
令进末制导时刻t0＝0，θ(t0)＝θ0，θ(t)＝θt，q(t0)＝q0，q(t)＝qt，则上式简化为
Figure BDA0003127363430000062
其中，θ为导弹飞行弹道倾角，q为弹目视线角，θ0和q0分别为进末制导时刻的弹道倾角和弹目视线角，θt和qt分别为t时刻的弹道倾角和弹目视线角；
制导模块：根据得到的变系数导引律，进行制导。
进一步的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法。
进一步的，本发明还提出一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法。
实施例：
某配备被动反辐射导引头的滑翔制导炸弹，投放高度为9000m，投放速度为0.8mch，射程60km。
假设在弹目距离15km进入末制导，纵向制导分固定系数和变系数制导律，固定系数为K＝3.25，变系数为K＝0.8+0.016t，仿真结果如图1～图3和表1所示。
表1六自由度弹道仿真终端情况
Figure BDA0003127363430000063
Figure BDA0003127363430000071
图1为仿真弹道的指令与响应示意图，上图为变系数制导律的指令和响应曲线，以及固定系数制导律指令和响应曲线，下图为变系数和固定系数制导律指令的局部放大图。由图1可以看出，变系数比例导引法可以有效减轻末制导初始段的指令跳动，且射程更远。
图2为仿真弹道的弹体角速度示意图，两条曲线分别为变系数和固定系数制导律的角速度响应曲线，变系数比例导引法的角速度更加稳定。
图3为变系数和固定系数制导律的弹道倾角和高低角示意图，由图可知，在接近目标时，两种方法的速度矢量和弹目视线均趋于重合，能够保证制导精度，且变系数比例导引法的导引系数由小到大线性增加，可控制速度矢量向弹目视线靠拢的速度，因此具有更高的弹道终端高低角和更远的射程。
从表1中数据对比可以看出，采用变系数制导律可以得到更高的弹道终端高低角和落速，能够有效提高打击效果，且未牺牲制导精度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (8)

1.一种基于弹目视线变系数的比例导引方法，其特征在于步骤如下：
(1)确定变系数的导引系数K＝k1+k2t；
其中，k1和k2为系数，t为时刻；
(2)确定比例导引基本方程，并代入变系数的导引系数K；
(3)根据比例导引基本方程，确定变系数导引律：
Figure FDA0003994515970000011
其中，θ为导弹飞行弹道倾角，q为弹目视线角，θ0和q0分别为进末制导时刻的弹道倾角和弹目视线角，θt和qt分别为t时刻的弹道倾角和弹目视线角；
(4)根据得到的变系数导引律，进行制导。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹目视线变系数的比例导引方法，其特征在于：比例导引基本方程为
Figure FDA0003994515970000012
，其中，
Figure FDA0003994515970000013
为导弹飞行弹道倾角速率，
Figure FDA0003994515970000014
为弹目视线角速率。
3.根据权利要求2所述的一种基于弹目视线变系数的比例导引方法，其特征在于：变系数导引律通过如下方式得到：
进末制导时刻为t0，对比例导引基本方程两边进行积分运算，得到：
Figure FDA0003994515970000015
即
Figure FDA0003994515970000016
其中，θ(·)和q(·)分别为对应时刻的弹道倾角和弹目视线角；
令进末制导时刻t0＝0，θ(t0)＝θ0，θ(t)＝θt，q(t0)＝q0，q(t)＝qt，则上式简化为
Figure FDA0003994515970000017
4.一种根据权利要求1所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法实现的基于弹目视线变系数比例导引***，其特征在于包括：
变系数导引系数计算模块：确定变系数的导引系数K＝k1+k2t；其中，k1和k2为系数，t为时刻；
比例导引基本方程确定模块：确定比例导引基本方程，并代入变系数的导引系数K；
变系数导引律确定模块：根据比例导引基本方程，确定变系数导引律；
Figure FDA0003994515970000021
其中，θ为导弹飞行弹道倾角，q为弹目视线角，θ0和q0分别为进末制导时刻的弹道倾角和弹目视线角，θt和qt分别为t时刻的弹道倾角和弹目视线角；
制导模块：根据得到的变系数导引律，进行制导。
5.根据权利要求4所述的基于弹目视线变系数比例导引***，其特征在于：比例导引基本方程为
Figure FDA0003994515970000022
其中，
Figure FDA0003994515970000023
为导弹飞行弹道倾角速率，
Figure FDA0003994515970000024
为弹目视线角速率。
6.根据权利要求4所述的基于弹目视线变系数比例导引***，其特征在于：变系数导引律通过如下方式得到：
进末制导时刻为t0，对比例导引基本方程两边进行积分运算，得到：
Figure FDA0003994515970000025
即
Figure FDA0003994515970000026
其中，θ(·)和q(·)分别为对应时刻的弹道倾角和弹目视线角；
令进末制导时刻t0＝0，θ(t0)＝θ0，θ(t)＝θt，q(t0)＝q0，q(t)＝qt，则上式简化为
Figure FDA0003994515970000031
7.一种存储介质，其特征在于：所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1到3任意一项所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法。
8.一种处理器，其特征在于：所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1到3任意一项所述的基于弹目视线变系数的比例导引方法。
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