CN110285711B - 基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，飞行姿态误差注入模块用于生成对应的非理想飞行姿态信息；三轴转台用于根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型的飞行姿态；姿态传感器用于感知制导弹药实体模型的实际飞行姿态信息；实时分析模块用于对实际飞行姿态信息进行滤波，得到制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息；决策模块用于得到制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差；三轴转台在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现在对应时刻对制导弹药实体模型飞行姿态修正的模拟。本发明能形成制导弹药飞行姿态准确修正的闭环模拟。

Description

基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及制导弹药领域和信息物理系统技术领域，具体地指一种基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统及方法。
背景技术
由于空气密度、弹道风、气象变化等随机误差的存在，制导弹药的飞行姿态变化复杂，一般要求其具有快速响应特性来实现飞行姿态的快速修正，但前提是对制导弹药飞行姿态的实时感知。
目前，制导弹药飞行姿态的测量技术主要有磁探测技术、微机械陀螺技术、摄影测量技术等，测量结果通过自动控制系统对飞行姿态进行修正，这是一种经典闭环控制系统。然而，这种经典闭环控制系统存在以下缺点：一是可能会产生“超调”现象，二是控制结果可能陷入局部最优，三是控制效果不可准确预测，这些缺点导致制导弹药的飞行姿态难以精确修正，并进一步影响制导弹药的外弹道的精确修正，最终影响其命中概率。因此，如何准确并实时测量制导弹药飞行姿态，如何根据实时测量结果对其进行准确修正，是制导弹药精确闭环控制的所面临的关键科学问题。
发明内容
本发明提供一种基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统及方法，本发明可对制导弹药的飞行姿态及其修正过程进行实时模拟，并通过状态感知模块对制导弹药的飞行姿态进行状态感知，对感知数据进行实时分析，对分析结果进行科学决策，对决策结论进行精准执行，从而形成制导弹药飞行姿态准确修正的闭环模拟。
为实现此目的，本发明所设计的基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，它包括姿态传感器、实时分析模块、决策模块、三轴转台和飞行姿态误差注入模块，所述姿态传感器安装在制导弹药实体模型的滚转轴上；
所述飞行姿态误差注入模块用于使制导弹药理想飞行姿态信息产生随机误差，生成对应的非理想飞行姿态信息，非理想飞行姿态信息用于模拟制导弹药实体模型的实际飞行姿态；
所述三轴转台用于根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型的飞行姿态；
所述姿态传感器用于感知制导弹药实体模型的实际飞行姿态信息；
所述实时分析模块用于对实际飞行姿态信息进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息；
所述决策模块用于根据制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息，利用求差法分别计算制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差，并将飞行姿态的偏差转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令；
所述三轴转台在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现在对应时刻对制导弹药实体模型飞行姿态修正的模拟。
一种制导弹药飞行姿态修正模拟方法，它包括如下步骤：
步骤1：飞行姿态误差注入模块使制导弹药理想飞行姿态信息产生随机误差，生成对应的非理想飞行姿态信息，非理想飞行姿态信息用于模拟制导弹药实体模型的实际飞行姿态；
步骤2：三轴转台根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型的飞行姿态；
步骤3：姿态传感器感知制导弹药实体模型的实际飞行姿态信息，并将实际飞行姿态信息传输给实时分析模块；
步骤4：实时分析模块用于对实际飞行姿态信息进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息；
步骤5：决策模块根据制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息利用求差法分别计算制导弹药实体模型的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差，如果该飞行姿态的偏差小于预设的飞行姿态误差阈值，则进入步骤8，否则，进入步骤6；
步骤6：决策模块将飞行姿态的偏差根据制导算法转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令；
步骤7：三轴转台在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现对制导弹药实体模型飞行姿态修正的模拟，然后进入步骤8；
步骤8：三轴转台继续根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型的飞行姿态，并转入步骤3，直至制导弹药外弹道终止。
本发明构建了一套制导弹药飞行姿态的信息空间与物理空间之间基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，用于对制导弹药的飞行姿态及其修正过程进行模拟，通过传感器对其进行状态感知，对感知数据进行实时分析，对分析结果进行科学决策，对决策结论进行精准执行，从而形成制导弹药飞行姿态的实时修正，保证其飞行姿态的修正效果，为提高制导弹药命中概率提供技术支撑。
本发明通过对飞行姿态注入误差，然后经过状态感知、分析、决策、执行这一系列过程对弹道进行修正，可清晰、直观展示飞行姿态的具体修正过程。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
其中，1—姿态传感器、2—实时分析模块、3—决策模块、4—三轴转台、5—飞行姿态误差注入模块、6—制导弹药实体模型。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
随着信息物理系统的提出及应用，将制导弹药的飞行姿态的实时测量结果进行实时分析与计算，并将此过程与制导弹药飞行姿态修正这一物理过程统一起来，克服制导弹药经典闭环控制系统的缺点，构建一套制导弹药飞行姿态修正的信息空间与物理空间基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，解决制导弹药飞行姿态从状态感知到精准执行的闭环修正难题，保证其飞行姿态的修正效果，可为提高制导弹药命中概率提供技术支撑。
基于以上目的，本发明所设计的一种基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，如图1所示，它包括姿态传感器1、实时分析模块2、决策模块3、三轴转台4和飞行姿态误差注入模块5，所述姿态传感器1安装在制导弹药实体模型6的滚转轴上；
所述飞行姿态误差注入模块5用于使制导弹药理想飞行姿态信息产生随机误差，生成对应的非理想飞行姿态信息，非理想飞行姿态信息用于模拟制导弹药实体模型6的实际飞行姿态；
所述三轴转台4用于根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型6的飞行姿态；
所述姿态传感器1用于感知制导弹药实体模型6的实际飞行姿态信息，并将实际飞行姿态信息传输给实时分析模块2；
所述实时分析模块2用于对实际飞行姿态信息进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息；
所述决策模块3用于根据制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息利用求差法，分别计算制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差，并将飞行姿态的偏差根据制导算法(参考文献：姜尚，田福庆，孙世岩，梁伟阁，尤栋.考虑自动驾驶仪动态特性与攻击角约束的模糊自适应动态面末制导律[J].系统工程与电子技术，2019，41(2)：389-401.)转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令；
所述三轴转台4在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现在对应时刻对制导弹药实体模型6飞行姿态修正的模拟，所述三轴转台4的三轴为滚转轴、偏航轴和俯仰轴。
上述技术方案中，制导弹药实体模型6是一种等比制作的制导弹药模型。
上述技术方案中，所述实时分析模块2还用于将制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息进行显示。所述决策模块3还用于将制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差进行显示。显示的上述信息供技术人员实时掌握并记录制导弹药实体模型6的飞行姿态。
一种制导弹药飞行姿态修正模拟方法，它包括如下步骤：
步骤1：飞行姿态误差注入模块5使制导弹药理想飞行姿态信息产生随机误差，生成对应的非理想飞行姿态信息，非理想飞行姿态信息用于模拟制导弹药实体模型6的实际飞行姿态；
步骤2：三轴转台4根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型6的飞行姿态；
步骤3：姿态传感器1感知制导弹药实体模型6的实际飞行姿态信息，并将实际飞行姿态信息传输给实时分析模块2；
步骤4：实时分析模块2用于对实际飞行姿态信息进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息；
步骤5：决策模块3根据制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息利用求差法分别计算制导弹药实体模型6的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差(制导弹药理想飞行姿态内置于决策模块3中)，如果该飞行姿态的偏差小于预设的飞行姿态误差阈值，则进入步骤8，否则(即该飞行姿态的偏差大于等于预设的飞行姿态误差阈值)，进入步骤6；
步骤6：决策模块3将飞行姿态的偏差根据制导算法转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令；
步骤7：三轴转台4在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现对制导弹药实体模型6飞行姿态修正的模拟，然后进入步骤8；
步骤8：三轴转台4继续根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型6的飞行姿态，并转入步骤3，直至制导弹药外弹道终止。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，其特征在于：它包括姿态传感器(1)、实时分析模块(2)、决策模块(3)、三轴转台(4)和飞行姿态误差注入模块(5)，所述姿态传感器(1)安装在制导弹药实体模型(6)的滚转轴上；
所述飞行姿态误差注入模块(5)用于使制导弹药理想飞行姿态信息产生随机误差，生成对应的非理想飞行姿态信息，非理想飞行姿态信息用于模拟制导弹药实体模型(6)的实际飞行姿态；
所述三轴转台(4)用于根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型(6)的飞行姿态；
所述姿态传感器(1)用于感知制导弹药实体模型(6)的实际飞行姿态信息；
所述实时分析模块(2)用于对实际飞行姿态信息进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息；
所述决策模块(3)用于根据制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息，利用求差法分别计算制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差，并将飞行姿态的偏差转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令；
所述三轴转台(4)在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现在对应时刻对制导弹药实体模型(6)飞行姿态修正的模拟。
2.根据权利要求1所述的基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，其特征在于：所述决策模块(3)将飞行姿态的偏差根据制导算法转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令。
3.根据权利要求1所述的基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，其特征在于：所述实时分析模块(2)还用于将制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息进行显示。
4.根据权利要求1所述的基于信息物理系统的制导弹药飞行姿态修正模拟系统，其特征在于：所述决策模块(3)还用于将制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差进行显示。
5.一种制导弹药飞行姿态修正模拟方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：飞行姿态误差注入模块(5)使制导弹药理想飞行姿态信息产生随机误差，生成对应的非理想飞行姿态信息，非理想飞行姿态信息用于模拟制导弹药实体模型(6)的实际飞行姿态；
步骤2：三轴转台(4)根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型(6)的飞行姿态；
步骤3：姿态传感器(1)感知制导弹药实体模型(6)的实际飞行姿态信息，并将实际飞行姿态信息传输给实时分析模块(2)；
步骤4：实时分析模块(2)用于对实际飞行姿态信息进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息；
步骤5：决策模块(3)根据制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息，利用求差法分别计算制导弹药实体模型(6)的实时实际飞行姿态信息相对于对应时刻制导弹药理想飞行姿态的偏差，如果该飞行姿态的偏差小于预设的飞行姿态误差阈值，则进入步骤8，否则，进入步骤6；
步骤6：决策模块(3)将飞行姿态的偏差根据制导算法转换为针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令；
步骤7：三轴转台(4)在针对飞行姿态修正的三轴转台控制指令的控制下实现对制导弹药实体模型(6)飞行姿态修正的模拟，然后进入步骤8；
步骤8：三轴转台(4)继续根据非理想飞行姿态信息控制制导弹药实体模型(6)的飞行姿态，并转入步骤3，直至制导弹药外弹道终止。
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