CN116379847A - 一种导弹在线能量管理制导律构建方法 - Google Patents

一种导弹在线能量管理制导律构建方法 Download PDF

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CN116379847A CN202310651183.2A CN202310651183A CN116379847A CN 116379847 A CN116379847 A CN 116379847A CN 202310651183 A CN202310651183 A CN 202310651183A CN 116379847 A CN116379847 A CN 116379847A
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樊鑫
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Abstract

本发明公开了一种导弹在线能量管理制导律构建方法，首先采用了变步长积分通过并行计算实现了末速在线预测；其次利用高斯牛顿法计算附加侧滑角幅值进行减速；然后设置速度追踪切换通道进行附加侧滑角方向切换；最后根据附加侧滑角输出量进行过载跟踪实现侧向机动突防并进行减速。该方法作用时间长，计算精度高，减速的同时可增加突防概率，工程实践能力强。

Description

一种导弹在线能量管理制导律构建方法
技术领域
本发明属于导弹技术领域，具体涉及一种导弹在线能量管理制导律构建方法。
背景技术
已有的导弹能量管理技术是基于H-V剖面的方法，这一类方法根据当前高度对应的速度剖面进行比对得到bang-bang形式的附加侧滑或倾侧角进行减速。该形式能量管理精度低，且对于桑格尔弹道，H-V剖面高度不单调，因此通常用于末制导，减速能力有限，且大幅切换侧滑角无法满足导弹高精度能量管理的需求。故如何对导弹进行更大范围和更高精度的能量管理都有待研究。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种导弹在线能量管理制导律构建方法，首先采用了变步长积分通过并行计算实现了末速在线预测；其次利用高斯牛顿法计算附加侧滑角幅值进行减速；然后设置速度追踪切换通道进行附加侧滑角方向切换；最后根据附加侧滑角输出量进行过载跟踪实现侧向机动突防并进行减速。该方法作用时间长，计算精度高，减速的同时可增加突防概率，工程实践能力强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：末速预测；
建立速度预测微分方程：
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；
其中
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步骤2：构造剩余射程侧滑角；
剩余射程的侧滑角为未知量，为了保证速度控制余量，假设剩余射程中的侧滑角有如下形式：
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的函数；因此根据侧滑角方向，导弹会在弹目连线方向附近的设定视线通道中进行切换减速。
优选地，所述
Figure SMS_51
。
本发明的有益效果如下：
本发明方法保障了导弹中制导和末制导全程进行减速，并能随机换向，增加突防概率。该方法具有广阔的军事应用前景。
附图说明
图1为本发明方法逻辑框图。
图2为本发明实施例末速分布区间。
图3为本发明实施例末速统计分布。
图4为本发明实施例射程-侧向位置变化曲线。
图5为本发明实施例时间-侧滑角变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
为解决导弹高精度能量管理的问题，需要研究一种减速能力强、减速精度高，且能快速计算的末速管理方法。本发明公开了一种导弹在线能量管理制导律，通过根据标称弹道作为参考设置一种预测校正方法。该方法创新性的采用在线并行计算机制，根据当前状态对对导弹落速进行预测，并附加侧滑角减速，最终实现导弹能量管理的同时也增加了突防概率。
本发明首先根据优化得到的低能量弹道作为标称弹道作为输入；其次，采用在线并行计算机制，通过变步长积分快速预测导弹末速；然后采用高斯牛顿法迭代计算当前时刻的附加侧滑角幅值进行减速；最后附加侧滑角的方向切换采用预设的速度追踪通道减速策略进行换向，从而在完成导弹高精度能量管理需求的同时增加了突防概率，算法逻辑框图如图1所示。该方法结构简单，易于实现，工程实践能力强，可广泛应用于各类要求导弹末段能量管理的导弹制导控制系统设计中。
步骤一，末速预测；
进行末速预测需要建立速度预测微分方程，积分终止条件为射程结束标志，即：
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为插值的变量进行离线保存。因此微分方程选择射程和速度两个变量：
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时的侧滑角；
步骤二，构造剩余射程侧滑角；
剩余射程的侧滑角为未知量，为了保证速度控制余量，假设剩余射程中的侧滑角有如下形式：
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其中
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为标称射程；
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即为当前需用输出的需用侧滑角,即为当前需要出的问题转化为求解当前时刻需用侧滑角幅值/>
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步骤三，当前状态需用侧滑角求解侧滑角幅值迭代计算；
重复步骤一中的积分运算，根据牛顿迭代法多次迭代得到第iter次迭代产生的当前时刻需用侧滑角
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，计算流程如下所示：
设置
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；
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；
Figure SMS_99
；
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；
当
Figure SMS_101
：
Figure SMS_102
；
Figure SMS_103
；
结束迭代；
否则如果
Figure SMS_104
：
Figure SMS_105
；
Figure SMS_106
；
继续迭代；
其他；
Figure SMS_107
；
Figure SMS_108
；
结束；
如果
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：/>
Figure SMS_110
；
步骤四，需用侧滑角设计；
步骤三通过末速预测值对当前时刻的需用侧滑角幅值
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进行迭代计算，在减速过程中需要导弹保持在指向目标的弹目连线上，因此设计换向通道使得视线角保持在指向目标的弹幕连线附近，并完成减速。设/>
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单调递减的设计参数；
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为经过迭代输出后，需用侧滑角符号由下式确定：
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表示符号量,即：
Figure SMS_121
；
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为输入射程/>
Figure SMS_123
的函数，可根据距离视线角的大小自由设定。因此根据侧滑角方向，导弹会在弹目连线方向附近的设定视线通道中进行切换减速。
具体实施例：
结合某制导火箭武器系统算例对本发明做进一步描述。制导火箭发射点海拔0m，目标海拔0m，对射程1200km 处目标进行垂直攻击，落速要求750m/s。
一、末速预测；
设置微分方程：
Figure SMS_124
；
中需要装订的弹道参考变量：
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,/>
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, />
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；根据当前速度和声速计算马赫数
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二、构造剩余射程侧滑角；
根据剩余射程侧滑角构造公式：
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；
设置步骤一中的积分侧滑角。其中
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；根据气动阻力系数，大气密度和速度计算阻力/>
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带入步骤一中的微分方程中。
三、当前状态需用侧滑角求解侧滑角幅值迭代计算；
对步骤一中的微分方程进行多次积分运算，通过牛顿迭代法计算侧滑角幅值
Figure SMS_144
：
Figure SMS_145
；
迭代结束后输出最终迭代值
Figure SMS_146
作为需用侧滑角幅值。
四、需用侧滑角设计；
设
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,根据如下公式进行侧滑角幅值计算：
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Figure SMS_155
的函数，可根据距离视线角的大小自由设定。因此根据侧滑角方向，导弹会在弹目连线方向附近的设定视线通道中进行切换减速。
为了验证本发明的可行性，分别进行了本发明提出的能量管理制导律进行200次蒙特卡洛打靶数学仿真，并采用6自由度导弹动力学方程对所求需用侧滑角进行跟踪响应，得到数学仿真结果图2~图5的曲线。由仿真结果可知：本发明设计的导弹能量管理技术通过弹载计算机并行计算对末速进行实时预测，通过迭代计算得到当前需用侧滑角，通过导弹控制内环响应需用侧滑角实现能量管理，在导弹高精度能量管理并在中制导中实现侧向随机机动，增加了导弹突防概率。

Claims (2)

1.一种导弹在线能量管理制导律构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：末速预测；
建立速度预测微分方程：
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；
其中
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步骤2：构造剩余射程侧滑角；
剩余射程的侧滑角为未知量，为了保证速度控制余量，假设剩余射程中的侧滑角有如下形式：
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Figure QLYQS_50
的函数；因此根据侧滑角方向，导弹会在弹目连线方向附近的设定视线通道中进行切换减速。
2.根据权利要求1所述的一种导弹在线能量管理制导律构建方法，其特征在于，所述
Figure QLYQS_51
。
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