CN109631687A

CN109631687A - 一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法

Info

Publication number: CN109631687A
Application number: CN201910019785.XA
Authority: CN
Inventors: 杨树兴; 赵建博; 赵良玉
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法。使用本发明能够在不通信及绝对位置信息未知情况下实现“发射后不管”的协同制导方法，且抗干扰能力高，可有效实现对于静止点或面目标的高精度制导。本发明采用无导引头的从弹与有导引头的领弹协同制导；所述从弹上安装有探测器，从弹在领弹命中目标前，以领弹为探测目标，采用常值前置角导引法制导；领弹打击目标后，从弹锁定领弹终点位置，采用开环比例导引法制导。

Description

一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法

技术领域

本发明涉及制导武器协同制导技术领域，具体涉及一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法。

背景技术

巡的制导系统由于可实现制导武器的“发射后不管”，一直是制导领域的研究热点，而导引头作为巡的制导系统的重要组成部分，往往造价昂贵，故有必要对无导引头制导武器的制导问题进行研究。

无导引头制导武器的制导技术研究主要可分为两类。其一是采用外部制导方案，即通过地面站实时控制制导武器的运动轨迹，使其命中目标。然而，这种方式由于在制导回路中需要地面站参与，无法实现制导武器“发射后不管”，并且容易暴露地面站的位置。其二是由一枚带有导引头的制导武器作为领弹，基于协同制导使其带领其余无导引头的制导武器对目标进行攻击。这种协同攻击模式也适用于多枚制导武器分别装备有不同种类的导引头，而一部分制导武器的导引头由于敌方干扰而失效的情况。然而，这种协同制导方法均依赖于制导武器之间的持续通信及制导武器的绝对位置可精确测得。众所周知，制导武器一般采用组合导航技术进行定位，不可避免会存在位置估计误差。此外，制导武器由于需要实时通信而无法实现无线电静默攻击，且通信内容很有可能被敌方截获与破译，增加突防难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法，能够在不通信及绝对位置信息未知情况下实现“发射后不管”的协同制导方法，且抗干扰能力高，可有效实现对于静止点或面目标的高精度制导。

本发明的应用在于无导引头制导武器的协同制导方法，无导引头的从弹与有导引头的领弹协同制导；所述从弹上安装有探测器，从弹在领弹命中目标前，以领弹为探测目标，采用常值前置角导引法制导；领弹打击目标后，从弹锁定领弹终点位置，采用开环比例导引法制导。

进一步的，领弹和从弹均为末制导方式。

进一步的，领弹利用导引头锁定目标后，采用比例导引法制导。

进一步的，从弹的初始弹道角随着发射时间的增加而减小。

进一步的，若从弹与领弹的打击目标为同一目标群中的不同目标，则为从弹设置虚拟领弹，领弹与虚拟领弹的横坐标之差等于领弹与从弹打击目标的横坐标之差；从弹以虚拟领弹为目标，进行跟踪。

进一步的，从弹在进入下降段时开启探测器，对领弹进行追踪。

进一步的，若从弹采用最大跟踪时长对领弹进行跟踪，领弹击中目标时从弹的前置角仍未稳定，则增加从弹控制指令中的系数，同时缩短跟踪时长。

有益效果：

采用本发明提出的协同制导方法，可在考虑制导武器动力学特性的基础上实现无导引头制导武器针对静止点或面目标在不通信及绝对位置信息未知情况下的“发射后不管”。此外，本发明考虑到在实际应用中由于硬件性能有限而使从弹的探测距离及舵偏角存在约束，故更具有工程应用价值。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法，无导引头制导武器(从弹)与有导引头制导武器(领弹)协同制导；其中，在无导引头的从弹上安装探测器，从弹通过探测器测得的相对于领弹的位置信息，采用具有分段特征的导引律，从而在不通信及绝对位置信息未知、且从弹探测距离及舵偏角均有限的情况下实现对静止点或面目标的高精度制导，实现无导引头制导武器的“发射后不管”的协同制导，且抗干扰能力高。

其中，领弹上装有导引头，可在4km外锁定目标，从弹上安装的为探测器，量程较小，只有2.5km；领弹锁定目标后，可采用比例导引的方式飞行打击目标；从弹利用探测器，以领弹为探测目标，跟随领弹一同打击目标，从弹采用的是分段的导引律，即：在领弹命中目标前，以领弹为探测目标，采用常值前置角导引法制导，跟随领弹一起飞行；当领弹打击目标后，从弹即锁定领弹终点位置(即目标位置)，基于在领弹命中目标时刻已知的从弹相对于领弹(目标)的运动状态，采用开环控制的方法实现针对打击目标的比例导引制导，飞行打击目标。

其中，从弹在领弹命中目标前后的制导控制指令均为：

其中对于常值前置角导引法，导航比N＝1；θ_f，q_f和ω_f分别代表了从弹的弹道角、从弹相对于领弹(或领弹落点)的视线角和从弹的俯仰角速度；k₁与k₂均为正常数。

其中，从弹相对于领弹(或领弹落点)的视线角，可由从弹探测器测得的相对于弹体系的视线角速度转化为相对于惯性系的获得。从弹的俯仰角速度可由从弹的惯导系统获得。

为了简化研究过程，本发明仅对领弹和从弹的末制导方式进行研究，即领弹与从弹在导引头/探测器开始工作前均无控飞行。因此，在发射前选择从弹的初始弹道角，需要同时考虑：(1)为发射时间较晚的从弹设置较小初始弹道角以满足从弹探测距离约束；(2)使其无控落点与目标接近以满足从弹在探测器开始工作后对舵偏角的限制。

以上是针对单一静止点目标的分段协同制导律，本发明还可以针对等间距散布静止面目标进行打击，具体方式为：在惯性系中为从弹设置虚拟领弹，虚拟领弹的纵坐标与领弹纵坐标相同，虚拟领弹与领弹的横坐标之差d等于从弹与领弹分别打击目标的横坐标之差；将从弹控制指令修改为：

其中，q′_f表示从弹相对于虚拟领弹(或虚拟领弹落点)的视线角速度，可由下式数值求解：

其中，r_f表示从弹与领弹的距离。

实际上，本发明并不限于等间距散步的静止面目标，只要已知目标群中静止目标之间的横向距离差，即可通过修改虚拟领弹与领弹之间的横向距离，采用上述相同的方法实现目标打击。

下面基于某款制导武器的气动数据以及根据实际情况为例对本发明进行详细阐述。为了简洁起见，本实施例仅以纵向为例对制导指令产生方法加以说明且认为地面静止点或面目标均位于惯性坐标系的横轴上。对于本实施例中的领弹和从弹：

(1)领弹导引头可在4km外锁定目标，而从弹探测器的量程只有2.5km；

(2)从弹采用惯导技术可得到其姿态角，从弹探测器以领弹(或领弹落点)为探测目标，将探测器测得的相对于弹体系的视线角速度转化为相对于惯性系的；

(3)不考虑控制指令到舵偏角的延时，即控制指令与舵偏角之间只包含一个放大器(可假设放大系数为1)。

(4)领弹及多枚从弹依次从同一位置(坐标原点)发射且每枚之间的发射时间均相差3s，且所有从弹均直接跟踪领弹。

(5)对控制指令附加饱和函数以保证舵偏角小于15度。

领弹与从弹在导引头/探测器开始工作前均无控飞行。领弹导引头锁定目标后，领弹采用比例导引。为了进一步保证不同时刻发射的从弹在末制导段均与领弹相距2.5km以内，为发射时间较晚的从弹设置较小的初始弹道角(初始弹道角越小则飞行时间越短)。此外，在选择领弹和从弹的初始弹道角时，还要考虑使其无控落点与目标距离接近，以减轻末制导压力。假设静止点目标位于75km处，若为静止面目标则假设静止面目标的4个目标点以间距100m均匀分布在74.7～75km范围内。设置领弹初始弹道角为60度以保证最大射程，即攻击位于75km处的目标，而在领弹发射后3s，6s，9s和12s发射的从弹的初始弹道角分别为60，59，58和57度以攻击75km处的目标或与此目标点分别相距0，100，200和300m的目标点。基于本发明提出的协同制导方法可在满足上述制导模型的基础上保证所有从弹脱靶量在5m以内。

A、协同制导律的设计思想

下面基于本发明的实施例对协同制导律的设计思想加以说明。由于制导要求不同，从弹制导律可分成领弹命中目标前和后两个阶段分别设计。

阶段1：在领弹命中目标前，从弹需要对领弹或虚拟领弹进行跟踪。由于在阶段2中从弹对其弹道的调节能力极其有限(因为调节时间短且舵偏角受限)，故为了给阶段2提供较好的初始运动状态，有必要在阶段1的终止时刻保证从弹前置角θ_f-q_f或θ_f-q′_f不增大。因此，从弹在阶段1以领弹或虚拟领弹作为跟踪目标采用常值前置角导引法制导。此外，由于领弹或虚拟领弹与从弹的相对距离在阶段1变化不大，故从弹的法向过载在此阶段不会显著提升，避免了一般情况下采用常值前置角导引法会使法向过载随着剩余攻击距离减小而增大的问题。

阶段2：在领弹命中目标后，从弹的制导要求是命中目标。由于在领弹命中目标时刻，从弹已知其相对于目标的运动状态且此阶段飞行时间极短(大约3s)，故从弹可基于开环控制(无探测器反馈，仅依赖基于控制指令积分得到的状态变量)采用比例导引制导。

B、协同制导律的性质说明

在实施中发现，在保证领弹/从弹均进入下降段的基础上选择不同的阶段1(跟踪)时长，领弹与从弹的最大相对距离变化不大。但是，若从弹跟踪时间太短则在阶段1不易实现前置角稳定；若跟踪时间过长，从弹可能未处于下降段，则此时从弹进行跟踪反而会增大末制导压力(因为本发明选择从弹初始弹道角时要使其无控落点接近目标，以减轻末制导压力，在此前提下进行长时间的跟踪控制反而会破坏这种设计)，并且领弹/从弹间距很有可能大于探测器量程。此外，在阶段1的终止时刻，若从弹的法向加速度与前置角均等于0，则对于阶段2可认为是最优的制导初始条件(因为这样在阶段2几乎不需要调整舵片)。因此，从弹脱靶量是由阶段1终止时刻的法向加速度与前置角共同决定的。在实施中发现，若选择从弹在刚进入下降段时刻开始跟踪领弹，则可保证从弹法向加速度与前置角均较小。在工程中，可先预估从弹的无控飞行时长，并选择此时长的一半作为确定跟踪时长的基准，进而基于工程经验对此基准跟踪时长进行微调，使制导性能更好。此外，在实践中发现，导弹初始弹道角越小，则为实现近似脱靶量而选择的跟踪时长也越短；这是因为初始弹道角越小则无控攻击时间越短，即在一定程度上验证了上述选择的基准跟踪时长的合理性。

对于初始弹道角为60度的从弹(与领弹初始弹道角相同)，若将其跟踪时长调整到最大(同时要保证从弹处于下降段)仍无法使其前置角在阶段1的终止时刻足够小，则可增大制导控制指令中的系数，并适当减小跟踪时长(由于此从弹无控段的弹道与领弹相同，故跟踪时间不用太长)以实现其与其他从弹具有近似的脱靶量。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种应用于无导引头制导武器的协同制导方法，无导引头的从弹与有导引头的领弹协同制导；其特征在于，所述从弹上安装有探测器，从弹在领弹命中目标前，以领弹为探测目标，采用常值前置角导引法制导；领弹打击目标后，从弹锁定领弹终点位置，采用开环比例导引法制导。

2.如权利要求1所述的应用于无导引头制导武器的协同制导方法，其特征在于，领弹和从弹均为末制导方式。

3.如权利要求2所述的应用于无导引头制导武器的协同制导方法，其特征在于，领弹利用导引头锁定目标后，采用比例导引法制导。

4.如权利要求1所述的应用于无导引头制导武器的协同制导方法，其特征在于，从弹的初始弹道角随着发射时间的增加而减小。

5.如权利要求1所述的应用于无导引头制导武器的协同制导方法，其特征在于，若从弹与领弹的打击目标为同一目标群中的不同目标，则为从弹设置虚拟领弹，领弹与虚拟领弹的横坐标之差等于领弹与从弹打击目标的横坐标之差；从弹以虚拟领弹为目标，进行跟踪。

6.如权利要求1所述的应用于无导引头制导武器的协同制导方法，其特征在于，从弹在进入下降段时开启探测器，对领弹进行追踪。

7.如权利要求6所述的应用于无导引头制导武器的协同制导方法，其特征在于，若从弹采用最大跟踪时长对领弹进行跟踪，领弹击中目标时从弹的前置角仍未稳定，则增加从弹控制指令中的系数，同时缩短跟踪时长。