比例导引法导引弹道仿真研究_精品文档.pdf

1、作者简介!张中南，硕士研究生，研究方向为舰空导弹使用与研究!收稿日期!#$%#%&文章编号!%#%(#（#)）#)*#$比例导引法导引弹道仿真研究张中南，#童幼堂，#张卫峰（海军大连舰艇学院，辽宁 大连#$%&$）摘#要#简要介绍了常用的导弹导引规律，以其中的比例导引法为例，通过用()*+,)-.进行导引弹道仿真的方法，分析了比例导引系数、导弹与目标速度的比值等主要弹道参数的变化对弹道的影响，提出了改进导弹制导控制系统的几点建议!关键词#导引规律；#比例导引法；#弹道；#仿真；#影响中图分类号#/01%2!3#文献标识码#4+,-,./01 23 41,5/262/4723.8 9:7;.30

2、,?7:8.4723567-8 569-8-7-，#/9-8:9+;7-8，#567-8=-8（?7,)7-7A7,4B7C=*D，?7,)7-#$%&$，E6)-7）AB-4/.04：F=-=G7,*)HH),=8+)C7-B=,7I)H)-;G9C+B=C JG)=,D!/7.)-8;6=KG9K9G;)9-7,8+)C7-B=*=;69C 7H7-=L7*K,=，+H)-8()*+,)-.;9*7.=;6=8+)C7-B=;G7M=B;9GD H)*+,7;)9-，;6=)-,+=-B=9 B67-8=9*7)-J7,)H;)B K7G7*=;=GH，H+B6 7H KG9K9G;)9-

3、7,8+)C7-B=N+9;)=;D，;6=A=,9B);D G7;)9 9*)HH),=7-C;7G8=;7-C H99-7G=7-7,DO=C!(9*=7CA)B=H 9-)*KG9A)-8*)HH),=8+)C7-B=7-C B9-;G9,HDH;=*7G=8)A=-!C,D2/;-：8+)C7-B=,7I；#KG9K9G;)9-7,8+)C7-B=*=;69C；#;G7M=B;9GD；#H)*+,7;)9-；#)-,+=-B=%!引 言导引规律是描述导弹质心运动应遵循的准则，它确定了弹道质心在空间的运动轨迹!在导弹的制导系统中，导引规律的作用是确定导弹飞行并命中目标的运动学弹道!如何采

4、用一种合适的导引方法来改善导弹的制导性能，提高导弹的命中精度，一直是人们比较关心的问题!本文就以目前舰空导弹中最常用的比例导引法为例，通过仿真的方法，分析了主要弹道参数的变化对弹道的影响，对导弹制导控制系统的发展提出了几点改进的建议!常用导弹导引规律简介在各类导弹上使用的导引规律有很多，常用的有纯追踪法、平行接近法、比例导引法、三点法和矫直系数法等!下面就这几种导引规律作简单介绍!%!纯追踪法纯追踪法是指导弹在飞向目标的过程中，导弹的运动速度方向始终指向目标!其优点在于制导系统工程实现容易，但缺点是当导弹迎击目标或攻击近距离高速目标时，弹道弯曲严重，需要较大的法向过载!平行接近法平行接近法是指

5、导弹在飞向目标的过程中，目标视线在空间始终保持平行（即目标视线角保持不%2战术导弹技术#/7B;)B7,P)HH),=/=B6-9,98D#P7G!Q&2，（Q）：2%R2S!万方数据图!不同!值条件下的导引弹道图#导弹和目标间的相对运动关系变）$采用平行接近导引律时，不需要太大的法向过载，导弹在空间飞行直至命中目标的飞行时间较短，这是它的优点，但这种导引规律实现起来很困难$!$#三点法三点法导引规律是指导弹在飞向目标的过程中，使导弹、目标和导引站始终在同一条直线上$该方法易于工程实现、抗干扰性能好，但这种方法在导弹迎击目标时需用法向过载较大，弹道弯曲严重，在攻击低空目标时弹道“下沉”严重，在

6、目标作机动飞行时会造成较大的导引误差$!$#比例导引法比例导引法是在自寻的导弹上采用较多的一种导引规律，它是指在导弹飞向目标的过程中，导弹速度方向的变化率与目标视线的变化律成比例$这种导引规律易于工程实现，同时通过选择合适的导引比，就不会需要太大的法向过载，对不同机动特性的目标适应能力也较强，因此广泛应用于各类导弹上$#导引弹道仿真的实现下面就以比例导引法为例，说明应用%&()&*+实现其导引弹道仿真的过程$（#）建立导弹与目标相对运动方程及导引规律约束方程$相对运动方程是研究各种导引规律运动学特性的基础，为研究问题方便，假设导弹和目标位于同一平面内做相对运动$如图#所示，设某一时刻目标位于

7、点，导弹位于#点，目标速度为$%，导弹速度为$，二者位于同一平面内&图中的 为导弹和目标间的相对距离；!%和!为目标和导弹的速度矢量与参考线的夹角；(为目标视线角；%和 为目标和导弹速度矢量与视线的夹角，称为前置角&利用相对运动关系，再加上比例导引方程，可得如下方程组：)*$,-.（(*!）+$%,-.（(*!%），()#,$.&*（(*!）*$%.&*（(*!%），!)!(&在已知!，$，$%，!%以及给定初始条件的情况下，方程组可解$/0战术导弹技术 12,3&,2)4&.&)5 15,6*-)-78 429$!:0，（!）!万方数据图!不同!值条件下的导引弹道（#）建立$%&(%)*模型

8、+根据上述方程组，选择适当的参数，建立$%&,(%)*模型+（!）开始仿真，改变模型参数，观看仿真结果+!主要弹道参数对导引弹道的影响这里所讲的主要弹道参数是指对导弹弹道影响较大的参数，如导弹速度、目标速度、采用的比例导引系数等+本文主要分析了比例导引系数 以及导弹与目标的速度比!这两个主要参数对导引弹道的影响（参见图#和!）+!+#比例导引系数对导引弹道的影响在图#中我们可以非常清楚地看到，当#-时，弹道弯曲比较大，而当$./时，导引弹道几乎成了一条直线%因此，我们可以得出结论，比例导引系数 越小，导引弹道越弯曲；越大，导引弹道越平直%下面我们再从理论上分析一下仿真结果的正确性，假设导弹和目

9、标的速度为常数，目标作直线飞行，且导弹速度&为目标速度&(的两倍，即&#&(，并假设初始瞄准用直接追踪法方式对准目标，在此情况下，采用比例导引规律为!#)%通过分析，我们不难得出如下结果：（-）当#-，即!#)，这就使导弹速度矢量以与视线矢量相同的角速度转动，则弹道初始段的曲率半径较大；但随着弹目间距离的缩小，)变大，而使弹道的曲率半径变小%由于!#)，!#)，则表明导弹速度矢量永远都与视线相重合，相当于直接追踪法%（#）当#0，即!#0)，这就使导弹速度矢量从与初始视线矢量重合状态起，以 0 倍于视线角速度转动，这将导致视线角速度)减小，从而亦使!减小，最终可能导致)#/，!#/，即保证导弹

10、按)#/，)#常数的平行接近导引%由于!#)，$-，表明这样的比例导引的初始段的导弹过载要大，即弹道的曲率半径小；而到一定的时间，弹道过载为零，亦即弹的曲率半径为无限大，弹道为一直线%从另一角度看，相当于给了一个前置角的情况+通过以上的分析，可以得出结论，仿真结果与实际情况基本相符+!+$导弹与目标的速度比对导引弹道的影响在图!中我们可以看出，对于不同的导弹与目标的速度比!，仿真得到的导引弹道曲线也是不同的，主要表现在以下两个方面：（-）!越大，弹道初始段曲率半径越大，弹道相对较平直；!越小，弹道初始段曲率半径越小，弹道越弯曲%（#）!越大，弹道曲线与水平线的夹角越小，导弹与目标的相遇高度越低

11、，距离越近，相遇时间越短；!越小，弹道曲线与水平线的夹角越大，导弹与目标的相遇高度越高，距离越远，相遇时间越长+1.战术导弹技术 2345%43(6%77%(8 2849):(:;63=+#/.，（#）!万方数据!改进导弹制导控制系统的建议通过以上的分析我们可以看到，比例导引系数!的大小，对整个弹道曲率半径的影响是很大的 同时，导弹与目标速度比#的变化对导引弹道也有较大的影响 为此，将来的导弹制导控制系统的发展应该注重以下几个方面：（!）弹上制导控制系统应向数字化、自适应和智能化的方向发展，以适应不同种类的空中威胁目标（）将引信和末制导逐步结合起来，以优选命中点和起爆瞬间，获得最优杀伤概率（#

12、）采用变比例导引系数!的导引方法 要根据目标速度和射程的不同，针对不同弹道段的主要矛盾，由弹上智能控制系统自动选择最佳比例导引系数，在提高系统稳定性的同时，充分发挥导弹武器系统的威力$#结束语对于导引弹道的设计与仿真，采用%&()&*+对于采用传统的语言编程方法来说，优点在于建模简单，模型清晰，精度也较高$同时在系统设计的任何阶段都能够很方便地修改模型和评估结果$但是，导弹的飞行是一个非常复杂的过程，受到的影响因素很多$在建模的过程中，为了便于分析问题和模型实现的方便，我们往往是把复杂模型简单化，好多实际影响因素还没有完全考虑进去，这些都需要在以后的工作中加以改进和完善$参,考,文,献!,方立

13、恭，王峰，宋阳$舰空导弹战斗使用-$海军大连舰艇学院，.$,金永德，崔乃刚，关英姿$导弹与航天技术概论/$哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，.$#,陈怀瑾，吴北生，梁晋才，等$防空导弹武器系统总体设计和试验/$北京：宇航出版社，!001$2,施阳，严卫生，李俊，等$/34)35 语言精要及动态仿真工具%&()&*+/$西安：西北工业大学出版社，!006$（上接第#1 页）图 6,788 模型选择学习训练过程.个威布尔分布、.个对数正态分布作为检验样本，用训练好的网络进行识别$识别率如表!所示，其总识别率达到 019$表!,识别率分布类型指数分布正态分布威布尔分布对数正态分布识别率0290:9029

14、0#9$结 论作为研究和探索，作者将人工神经网络方法应用于可靠性的研究，并对此进行了实际应用的探讨$通过研究得到神经网络作为一种分析手段应用于武器装备可靠性，无论从模型构成及分析结果来说都表明这种方法有其独特优势$参,考,文,献!,高社生，张玲霞$可靠性理论与工程应用/$北京：国防工业出版社，.$,汪荣鑫$数理统计/$西安：西安交通大学，!000$#,戴树森$可靠性试验及其统计分析/$北京：国防工业出版社，!0:#$2,张乃尧，阎平凡$神经网络与模糊控制/$北京：清华大学出版社，.$1,张志涌$精通/34)35;$1 版/$北京：北京航空航天大学出版社，.#$01战术导弹技术,&)?=*A)A

15、BC,/3D$.1，（）!万方数据比例导引法导引弹道仿真研究比例导引法导引弹道仿真研究作者：张中南，童幼堂，张卫峰，Zhang Zhongnan，Tong Youtang，Zhang Weifeng作者单位：海军大连舰艇学院,辽宁,大连,116018刊名：战术导弹技术英文刊名：TACTICAL MISSILE TECHNOLOGY年，卷(期)：2005(2)被引用次数：25次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.方立恭;王峰;宋阳 舰空导弹战斗使用 20022.金永德;崔乃刚;关英姿 导弹与航天技术概论 20023.陈怀瑾;吴北生;梁晋才 防空导弹武器系统总体设计和试验 19954.施阳;严卫

16、生;李俊 Matlab语言精要及动态仿真工具Simulink 1997 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.张建伟.黄树彩.韩朝超.Zhang Jianwei.Huang Shucai.Han Chaochao 基于Matlab的比例导引弹道仿真分析期刊论文-战术导弹技术2009(3)2.马其东.王磊.金钊.Ma Qidong.Wang Lei.Jin Zhao 比例导引法三维弹道仿真分析期刊论文-战术导弹技术2008(3)3.高尚 比例导引理想弹道仿真期刊论文-计算机工程与设计2003,24(8)4.赵文成.金学英.那岚.ZHAO Wen-cheng.JIN Xue-ying.NA Lan 末制导段比例导引法的改进期刊论文-指挥控制与仿真2009,31(4)5.强胜.龙汉.申镇.易东云.QIANG Sheng.LONG Han.SHEN Zhen.YI Dong-yun 追踪法推广的数学建模与仿真期刊论文-兵工学报2009,30(1)6.苏跃斌.辛长范.郭本亮.魏胜桃.SU Yuebin.XIN Changfan.GUO Benliang.WEI Shengtao 三