CN210180291U - 一种制导系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种制导系统。根据本公开的制导系统包括：导弹目标相对运动获取装置，导引头，导引律生成装置，以及自动驾驶仪。所述导引头生成的相对运动信息被输入到所述导引律率中，以生成针对当前弹目相对运动信息的导引律；并且所述导引律生成装置包括自动驾驶仪二阶动态特性计算装置，所述自动驾驶仪二阶动态特性计算装置生成所述自动驾驶仪的二阶动态特性，并且所述导引律包括所述自动驾驶仪的二阶动态特性。根据本公开的制导系统考虑了自动驾驶仪动的二阶态特性，实现了对自动驾驶仪动态特性的有效补偿，提高了制导精度。

Description

一种制导系统

技术领域

本实用新型属于制导领域，具体涉及一种制导系统。

背景技术

在现代战争中，许多导弹(如某些反舰导弹、反坦克导弹、防空导弹等) 需要以一定的攻击角度命中目标，来增加战斗部的毁伤效能。因此，攻击角度约束是导引律设计需要考虑的问题。但导引律的设计过程中往往将自动驾驶仪视为理想环节，忽略了自动驾驶仪动态特性对制导性能的影响。通常情况下，自动驾驶仪的动态特性会使制导性能下降，尤其打击机动目标时。因此，导引律设计过程中还需要考虑自动驾驶仪动态特性的影响。

实用新型内容

根据本公开的一个目的是提供一种更精确的制导系统。具体地，根据本公开的制导系统包括：导弹目标相对运动获取装置，被配置为获取导弹和目标之间的相对位置和相对速度；导引头，被配置为接收从所述导弹目标相对运动获取装置传送的相对位置和相对速度信息，并输出制导律所需的控制信号；导引律生成装置，被配置为生成导引律；以及自动驾驶仪，被配置为根据所生成的导引律控制导弹的飞行轨迹；其中，所述导引头生成的相对运动信息被输入到所述导引律生成装置中，以生成针对当前弹目相对运动信息的导引律；并且其中，所述导引律生成装置包括自动驾驶仪二阶动态特性获取装置，所述自动驾驶仪二阶动态特性获取装置生成所述自动驾驶仪的二阶动态特性，所生成的自动驾驶仪的二阶动态特性通过合成器与所述制导律合成，并且合成的导引律被输出到自动驾驶仪。

根据另一个实施例，所述导弹目标相对运动获取装置被集成在所述导引头中。

根据另一个实施例，所述导弹目标相对运动获取装置是单独的雷达装置。

根据另一个实施例，所述导引律生成装置生成带攻击角度约束项的非奇异快速终端滑模面。

根据另一个实施例，所述制导系统还包括：执行机构，所述自动驾驶仪向所述执行机构输出偏角指令来控制导弹的飞行轨迹。

根据另一个实施例，所述指导系统还包括：导弹动力学检测传感器，被配置为检测导弹的动力学参数。

根据另一个实施例，所述动力学参数至少包括导弹的姿态角和加速度。

根据另一个实施例，所述导弹动力学检测传感器还将所检测到的动力学参数反馈到所述自动驾驶仪中，以执行反馈控制。

根据本公开的制导系统考虑了自动驾驶仪动的二阶态特性，实现了对自动驾驶仪动态特性的有效补偿，提高了制导精度。

参考附图，根据以下对示例性实施例的描述，本公开的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1为根据本公开的制导系统的示意性框图；

图2是根据示例性实施例的比例式自动驾驶仪的控制原理图。

具体实施方式

本公开提供了一种考虑了自动驾驶仪动的二阶态特性的制导系统。根据本公开的制导系统实现了对自动驾驶仪动态特性的有效补偿，提高了制导精度。

以下，参考附图对本公开的实施例(示例)进行描述。但是，实施例中描述的构成要素的尺寸、材料、形状、它们的相对布置等可以根据应用本公开的装置的配置、各种条件等适当地改变。因此，实施例中描述的构成要素的尺寸、材料、形状、它们的相对布置等并不意图将本公开的范围限制到以下实施例。

整体配置

根据本公开的制导系统包括导弹目标相对运动获取装置、导引头、导引律生成装置和自动驾驶仪。以下，参考附图对每个部件进行详细的说明，但是应当理解，所述制导系统还可以包含其它已知的部件，为了使本公开更加清楚且不会不适当地模糊本公开，在本说明书中省略对这些部件的具体描述，但是对于本领域技术人员清楚的是，包括这些部件的制导系统也包含在本公开的范围之内。

如图1所述，根据本公开的制导系统包含导弹目标相对运动获取装置 (以下简称为弹目相对运动获取装置)，其获得导弹与目标的相对位置和相对速度。弹目相对运动获取装置将所获得的相对位置和相对速度传送到导引头，在导引头中，对所获取的相对位置和相对速度进行处理，以输出弹目相对运动信息，弹目相对运动信息被输入到导引律(又被称为制导律)中，以获得针对当前相对位置和相对速度的导引律，该导引律以制导指令的形式作用于导弹的自动驾驶仪，自动驾驶仪根据制导指令控制执行机构调整导弹的飞行姿态。另一方面，通过传感器检测导弹的动力学参数，该检测值被反馈到自动驾驶仪中，以对导弹的姿态进行反馈控制。

在本示例性实施例中，考虑到在大气层内作战的导弹受空气动力作用以及导弹本身硬件设备的延迟特性，对自动驾驶仪在大气层内的动态延迟进行补偿，以提高制导精度。具体地，用于生成导引律的装置(以下称为引导率生成装置)在生成导引律时将自动驾驶仪的二阶动态特性作为约束条件之一，以对动态延迟进行补偿。

导弹目标相对运动获取装置

根据本公开的导弹目标相对运动获取装置用于获取导弹和目标之间的相对位置和相对速度。相对位置包括弹目相对距离以及弹目视线倾角和偏角，相对速度涉及导弹和目标的速度、导弹弹道倾角和偏角以及目标的航迹倾角和偏角。

在一个实施例中，导弹目标相对运动获取装置可以由单独的装置配置。例如，路基或机载雷达系统可用作测量导弹和目标之间的相对位置和相对速度的导弹目标相对运动获取装置。

在另一实施例中，导弹目标相对运动获取装置可以集成在导弹中作为导弹的一部分。例如，导弹目标相对运动获取装置可以集成在下面所述的导引头中。

作为测距的示例，雷达的天线系统发射出频率例如为6.3GHz、持续时间为0.8ns的脉冲波束，接着暂停278ns，在脉冲发射暂停期间，天线系统作为接收器，接收反射波，对回波图像进行数据处理，通过处理从脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。

作为测速，主要利用多普勒效应(Doppler Effect)来测量速度。具体地，借由频率的改变数值来计算目标与雷达的相对速度。

根据一个示例，雷达的工作波段可以在X波段、Ku波段或更高的Ka波段。

在本示例性实施例中，以雷达作为导弹目标相对运动获取装置，但是导弹目标相对运动获取装置不限于此，还可以使用其它能够获得导弹和目标之间的相对位置和相对速度的装置，例如可以利用红外、电视寻的或者激光寻技术的装置可以被用作本公开的导弹目标相对运动获取装置。

导引头

根据本公开的导引头被安装在导弹上。其对从导弹目标相对运动获取装置传送的数据进行处理，并输出制导律所需的控制信号，例如弹幕相对运动信息。

根据本公开的导引头是角度跟踪系统，其输出与视线角速度成正比的信号。具体地，从导弹目标相对运动获取装置传输来的信号经预处理，例如滤波整形和放大，再由信号处理装置分析推算，得出位置偏差量，指令形成装置根据位置偏差量得出控制指令(控制信号)，所得出的控制指令被上传到如下所述的导引律生成装置。

导引律生成装置

根据本公开的导引律生成装置用作导弹的运动控制系统，其用于生成导引律。导引律是引导飞行器至目的点或与目标相遇的算法。

根据本公开的导引律生成装置可以通过从导引律列表中选择适当的导引律来生成导引律。可替代地，导引律可以通过输入装置被输入到导引律生成装置中。导引律的示例包括带攻击角度约束的有限时间收敛导引律、带攻击角度约束的自适应非奇异终端滑模导引律和二阶滑模导引律等等。

根据本公开一个实施例的导引律生成装置包括自动驾驶仪二阶动态特性获取装置，该自动驾驶仪二阶动态特性获取装置生成自动驾驶仪的二阶动态特性，并且将所生成的自动驾驶仪二阶动态特性通过加法器/减法器(合成器)与导引律生成装置中的导引律合成，作为导弹控制的约束条件。也就是说，所生成的导引律是考虑了自动驾驶仪(稍后进行描述)的二阶动态特性的导引律。根据一个实施例，自动驾驶仪的二阶动态特性可以表示如下：

其中，A_c为输入指令，ω_n为自动驾驶仪的自振频率，a_m为导弹的实际加速度，并且ξ是自动驾驶仪的阻尼比。

根据另一个实施例，所述导引律生成装置将带攻击角度约束的有限时间收敛导引律、带攻击角度约束的自适应非奇异终端滑模导引律、二阶滑模导引律和自动驾驶仪的二阶动态特性中的一个或者多个作为导弹的导引律。

自动驾驶仪

根据本公开的自动驾驶仪是按技术要求自动控制导弹轨迹的调节设备，自动驾驶仪起稳定导弹姿态的作用，它由敏感元件、计算机和伺服机构组成。当导弹偏离原有姿态时，敏感元件检测变化，计算机算出修正舵偏量，伺服机构将舵面操纵到所需位置。

根据本公开的自动驾驶仪例如是比例式自动驾驶仪、积分式自动驾驶仪、均衡式反馈自动驾驶仪，自动驾驶仪的类型不限于此，还可以是其它类型的自动驾驶仪。

例如，比例式自动驾驶仪是其中升降舵偏角增量与导弹俯仰角偏差成比例的自动控制器称为比例式自动驾驶仪。图2为比例式自动驾驶仪的控制原理图。

其工作原理如下：当导弹收到干扰后，出现俯仰角偏差，垂直陀螺仪测量出偏差角，并输出与偏差角成比例的电压信号，电压信号与外加控制信号经综合，被输入到舵回路，舵回路驱动升降舵进行偏转，从而使偏差角逐渐减小。

其它种类的自动驾驶仪驾驶仪的工作原理可以对于本领域技术人员来说是已知的，在此不作详细描述。

执行机构

根据本公开的执行机构将自动驾驶仪产生的指令信号转化并放大，产生对导弹进行姿态控制的驱动力或者力矩。执行机构主要由驱动装置和操纵装置构成。驱动装置例如是伺服系统，其将来自自动驾驶仪的指令信号转换成按比例放大的操纵力矩和操纵力。根据本公开的一个实施例，驱动装置是气动伺服系统、电动伺服系统、液压伺服系统等等。操纵装置是受力后发生状态改变(例如，偏转)从而改变导弹飞行姿态的装置，主要包括空气舵、燃气舵、摆动喷管、摆动发动机等等。

根据操纵装置的不同类型，执行机构可以通过多种方式进行控制，例如通过空气动力控制、推力矢量控制、动喷管致偏，等等。

以空气动力控制的执行机构为例，其可以是安装在导弹尾部的空气舵，改变舵片的偏转角度，就可以产生相应的动力。

虽然在此以操纵装置是空气舵为例描述了根据本公开的执行机构，但是其它类型的操纵装置也是可以的。

导弹动力学检测传感器

导弹动力学检测传感器是检测导弹自身的动力学参数的装置。其可以是导弹目标相对运动获取装置的一部分，也可以是单独的传感器。在本示例性实施例中，导弹动力学检测传感器检测导弹的姿态角，即速度，以及加速度等参数。用于检测导弹自身动力学参数的传感器对于本领域技术人员而言是已知的，在此不作进一步的描述。

根据本公开的一个实施例，导弹动力学检测传感器所检测出的导弹自身动力学参数被反馈到自动驾驶仪，以对导弹的进行反馈控制。

根据本公开的一个实施例的制导系统的导引头将弹目视线倾角角速度

输出到导引律生成装置中，导引律生成装置向自动驾驶仪输出制导指令A_C，并且自动驾驶仪将所生成的偏角指定δ_c输出到执行机构，执行机构根据输出的偏角指定δ_c产生实际偏角，以控制导弹的飞行姿态。并且导弹动力学检测传感器将所检测到的导弹动力学参数反馈到自动驾驶仪中，以进行反馈控制。

虽然以上参考附图描述了本示例性实施例，但是应当理解，本公开不限于此。例如，本公开还可以应用于船舶控制、飞机控制领域。

尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解，本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以包含所有这些修改和等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种制导系统，其特征在于，包括：

导弹目标相对运动获取装置，被配置为获取导弹和目标之间的相对位置和相对速度；

导引头，被配置为接收从所述导弹目标相对运动获取装置传送的相对位置和相对速度信息，并输出弹目相对运动信息；

导引律生成装置，被配置为生成导引律；以及

自动驾驶仪，被配置为根据所生成的导引律控制导弹的飞行轨迹；

其中，所述导引头生成的相对运动信息被输入到所述导引律生成装置中，以生成针对当前弹目相对运动信息的导引律；并且

其中，所述导引律生成装置包括自动驾驶仪二阶动态特性获取装置，所述自动驾驶仪二阶动态特性获取装置生成所述自动驾驶仪的二阶动态特性，所生成的自动驾驶仪的二阶动态特性通过合成器与所述制导律合成，并且合成的导引律被输出到自动驾驶仪。

2.根据权利要求1所述的制导系统，其中，所述导弹目标相对运动获取装置被集成在所述导引头中。

3.根据权利要求1所述的制导系统，其中，所述导弹目标相对运动获取装置是单独的雷达装置。

4.根据权利要求1所述的制导系统，其中，所述导引律生成装置生成带攻击角度约束项的非奇异快速终端滑模面。

5.根据权利要求1所述的制导系统，还包括：执行机构，所述自动驾驶仪向所述执行机构输出偏角指令来控制导弹的飞行轨迹。

6.根据权利要求1所述的制导系统，还包括：导弹动力学检测传感器，被配置为检测导弹的动力学参数。

7.根据权利要求6所述的制导系统，其中，所述导弹动力学检测传感器还将所检测到的动力学参数反馈到所述自动驾驶仪中，以执行反馈控制。

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