CN115574666B - 一种掠地巡航靶标定高方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域,具体涉及一种掠地巡航靶标定高方法。
背景技术
目前掠地巡航导弹有极强的突防能力,具有掠地巡航功能的靶标逐渐被重视,在进行掠地巡航时,精准定高是关键;若卫星通信存在干扰而导致卫导信息丢失,则需要依靠惯性导航为飞控系统提供基本的导航信息;对于靶标而言,大多使用成本低廉的MEMS惯导系统,它在进行惯性导航时,输出的速度、位置等信息偏差较大。
现有掠地巡航导弹控制技术,一般依赖于精准的导航输出结果。此类方法存在以下缺点:
1、抗外界干扰能力差,若卫星导航失效会逐渐累积较大导航偏差,可能使导弹掠地时触地;
2、突防能力依赖外部环境,作战意义薄弱;
3、成本较高。
公开号为CN111366044A的中国发明专利《一种平飞过渡段制导控制方法》中提到,使用天向加速度、天向速度与高度等实时规划轨迹且生成过载指令从而实现定高控制,这种方法虽然可以确保过渡段的平滑,但是依赖精准的导航信息,比如天向速度和天向加速度,而在使用惯性导航时,天向速度和天向加速度的精准度得不到保证,且速度、位置误差会随时间累计变得越来越大,所以该方法在依靠惯性导航的巡航弹上适应性较差。
如图1所示,公开号为CN114115332A的中国发明专利《一种应用于近程超声速巡航弹的掠地飞行技术》中提出了,内环使用攻角和俯仰角速度的PD控制来控稳,外环使用弹道倾角、高度差等信息来生成攻角指令,以实现掠地的精准定高,且其外环高度差前系数是根据高度差自适应的,该方法的好处是不必规划弹道,可以实现效果较好的爬升和压低,依靠精准的导航输出时可以实现精准的定高控制。但是在使用惯性导航时攻角和弹道倾角都会因为速度偏差而引起较大的角度耦合偏差,比如以2.0Ma速度巡航时攻角一般在2°~3°之间,假设加计偏差为10mg,则150s积累的速度偏差为15m/s,则对应的攻角和弹道倾角偏差约为1.3°,约占所用巡航攻角的43%~65%;而在亚音速巡航时,由于速度误差不变,但是巡航速度大幅减小,因此由于速度误差导致的角度偏差更大,0.8Ma巡航时,在150s的时间内由于速度误差导致的角度误差约为3.65°,因此该方法在依靠惯性导航的亚音速巡航弹上适用性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种掠地巡航靶标定高方法,使靶标能够按照预期稳定爬升、下压或巡航。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种掠地巡航靶标定高方法,包括以下步骤:
步骤2:预存靶标的发射点到靶标的目标点的地形信息表至靶标的飞控系统;
步骤3:预存靶标的发射点到靶标的目标点之间的大气数据表至飞控系统;
步骤4:由靶标的导航系统和高度表提供实飞时的导航信息和离地高度给飞控系统;
其中,C、D、E、b 、c 均为常数,C>0,D>0,E>0,b>1,c>0。
优选的,该掠地巡航靶标定高方法应用于基于惯性导航的弹道或基于无导航偏差的弹道。
本发明的有益效果是:在飞控系统完成控制指令解算后,将该控制指令发送给靶标的舵系统,由舵系统的舵机控制器控制舵片的偏转,舵片偏转后会改变靶标的受力状态,从而使靶标能够按照预期稳定爬升、下压或巡航。在导航精度较差时,应用本发明的掠地巡航靶标定高方法的靶标在进行掠地巡航时的最大定高偏差仍然满足一般的掠地定高精度指标要求。
附图说明
图1为背景技术中的对照发明CN114115332A公开的一种应用于近程超声速巡航弹的掠地飞行技术应用于亚音速掠地巡航靶标的说明框图;
图2为本发明的掠地巡航靶标定高方法应用于亚音速掠地巡航靶标的说明框图;
图3为本发明的步骤2中预存的地形信息示意图;
图4为本发明和对照发明在惯性导航情况下亚音速掠地巡航情况对比图;
图5为本发明基于无导航偏差和基于惯性导航情况下亚音速掠地巡航情况对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请进行说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请,而非对本申请的限定。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部。
应当理解,本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行,和/或并行执行。此外,方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
一种基于惯性导航的掠地巡航靶标定高方法,包括以下步骤:
步骤2:预存靶标的发射点到靶标的目标点的地形信息表至靶标的飞控系统;
步骤3:预存靶标的发射点到靶标的目标点之间的大气数据表至飞控系统;
步骤4:由靶标的导航系统和高度表提供实飞时的导航信息和离地高度给飞控系统;
作为本实施例中的一种可选实施方式,步骤3中,预存靶标的发射点到靶标的目标
点之间的大气数据表到飞控系统中。大气数据表至少包括海拔高度 (i=1,2,3…)且最
大海拔高度应大于弹道最高海拔高度,不同海拔高度对应的大气密度 (i=1,2,3…)和
大气温度 (i=1,2,3…)。
作为本实施例中的一种可选实施方式,靶标上配备了无线电高度表,步骤4中,由
靶标的导航系统和高度表提供实飞时的导航信息和离地高度给飞控系统。航信息包括俯仰
角、俯仰角速度,北、天、东速、、,高度表信息则为离地高度。
作为本实施例中的一种可选实施方式,动压q的求取按照如下公式:
其中,根据步骤2地形信息表获得地形海拔高度,则当前海拔高度为地形高度
与离地高度的代数和,即;其中,,和是海拔高度和对应的大气密度,、、、等均从步骤3的大气数据表中获取;、、分
别是从导航信息中获取的北速、天速、东速。
其中,、是对高度差自适应的控制系数,是当地弹道倾角,是固定系
数,是积分项接入时间点,是巡航结束时间点,是靶标飞行时的离地高度,由高度
表提供;指预定的掠地巡航高度。另外,若靶标在预定高度定高巡航时则有。
其中,和是控制系数,是导航信息中提供的俯仰角,是导航信息中提
供的俯仰角速度。控制系数和的获取方式可以按照动压、时间、速度等插值获取。另
外,还可以根据实际需要对舵偏角指令进行限幅、滤波、解耦等处理获取。
图2为本发明的具体实施步骤在亚音速掠地巡航弹中的体现,图2表征了各步骤的相互关系,其中步骤1、2、3都发生在靶标实际飞行之前,将步骤1、2、3的结果存储在飞控系统中,而飞控系统是靶标的一部分。在靶标点火飞行后,由靶标的导航系统和高度表提供导航信息和离地高度给飞控系统,由飞控系统计算动压、当地弹道倾角、制导指令以及控制指令;在飞控系统完成控制指令解算后,将该控制指令发送给靶标的舵系统,由舵系统的舵机控制器控制舵片的偏转,舵片偏转后会改变靶标的受力状态,从而使靶标能够按照预期稳定爬升、下压或巡航。
为充分说明本发明的优越性,下面设置对照试验,分别在惯性导航和无导航偏差时应用本发明和对照发明实施步骤来控制亚音速掠地巡航靶标进行掠地巡航。
图1为背景技术中的对照专利,按照公开号CN114115332A的中国发明专利《一种应用于近程超声速巡航弹的掠地飞行技术》来进行亚音速掠地巡航靶标的掠地巡航,其实施步骤与本发明虽有一定的相似之处,但有本质上的不同,体现为以下方面:对照专利中的制导指令为攻角指令,而本发明的制导指令为俯仰角指令,且本发明俯仰角指令中包含了预估的巡航攻角修正。对照专利中使用攻角和俯仰角速度的PD控制,攻角只能通过中间计算得出,依赖高精度的导航,而本发明使用的俯仰角和俯仰角速度的PD控制,不依赖高精度导航系统。对照专利中全程均需要当地弹道倾角信息,这依赖高精度的导航系统,而本发明只在爬升或下压段需要当地弹道倾角,对导航系统依赖度较低。另外,对照专利中未预估巡航攻角、未预存地形信息等都与本发明不同。
图4为基于惯性导航时本发明和对照发明(即采用CN114115332A的方法)的弹道信息。对于靶标而言,为降低成本,一般使用MEMS陀螺和加表,常见的MEMS陀螺零漂为1°/h(常见指标),MEMS加表零偏约为10mg(常见指标),假设亚音速巡航靶标以0.8Ma(250m/s左右)的速度进行掠地巡航,飞行时长150s左右,不考虑姿态角的导航偏差时150s的时间内天向的速度误差约为15m/s,此时对应的当地弹道倾角最大偏差约为-3.65°~3.65°,若考虑陀螺零漂导致的姿态角误差,则当地弹道倾角、攻角等的偏差会更大。 本发明中按照±3.65°/150s的方式添加导航偏差。另外,发射点信息设置如下:
发射角:20°;
射向:90°;
发射点经度:122°;
发射点纬度:21°;
发射点海拔:1000m;
掠地高度:30m。
从图4可以看出,基于惯性导航的亚音速掠地巡航弹在进行掠地巡航时,在使用本发明掠地巡航靶标定高方法进行亚音速掠地巡航时的最大定高偏差在-4m~4m之间,而一般的掠地定高精度指标要求在-5m~5m之间,即采用本发明的掠地巡航靶标定高方法满足指标要求;而使用对照发明时,定高最大偏差在-13m~14m之间,不能较好的满足掠地定高精度指标要求。若进行超低空掠地巡航,比如10m以下时,则对照发明会在巡航段后期触地。
图5为分别基于组合导航(即导航偏差极小,对靶标而言可忽略,默认无导航偏差)和惯性导航时本发明的弹道信息。从图5可以看出,在基于无导航偏差时,应用本发明的掠地巡航靶标定高方法也可以实现较好的亚音速掠地巡航效果,其定高偏差在-2m~1m之间。
以上内容是结合具体的优选实施方式和对照试验对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明,比如本文所提技术对超音速掠地巡航靶标同样适用。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
8.根据权利要求1所述的一种掠地巡航靶标定高方法,其特征在于:该掠地巡航靶标定高方法应用于基于惯性导航的弹道或基于无导航偏差的弹道。
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