RU2586399C2 - Method for combination of guiding aircraft - Google Patents
Method for combination of guiding aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586399C2 RU2586399C2 RU2014144659/28A RU2014144659A RU2586399C2 RU 2586399 C2 RU2586399 C2 RU 2586399C2 RU 2014144659/28 A RU2014144659/28 A RU 2014144659/28A RU 2014144659 A RU2014144659 A RU 2014144659A RU 2586399 C2 RU2586399 C2 RU 2586399C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- guidance
- aircraft
- homing
- control
- optimal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G9/00—Systems for controlling missiles or projectiles, not provided for elsewhere
Abstract
Description
Изобретение относится к системам наведения летательных аппаратов на воздушный объект и предназначено для перехвата воздушного объекта на больших дальностях, в том числе интенсивно маневрирующего.The invention relates to guidance systems of aircraft on an air object and is intended to intercept an air object at long ranges, including intensively maneuvering.
Рассмотрим вариант наведения летательного аппарата (ЛА) на воздушный объект с помощью комбинированной системы наведения. Необходимо отметить, что один из известных способов комбинированного наведения, работающий в четырех режимах: целеуказания (ЦУ), автономного наведения, радиокомандного наведения и самонаведения [2]. Рассмотрим работу данного способа комбинированного наведения в этих режимах.Consider the option of pointing the aircraft (LA) to an air object using a combined guidance system. It should be noted that one of the known methods of combined guidance operating in four modes: target designation (CC), autonomous guidance, radio command guidance and homing [2]. Consider the operation of this method of combined guidance in these modes.
В автономном режиме работы радиоэлектронная система управления (РЭСУ), имеющая место в ситуациях, когда дальность пуска (Дп) незначительно превышает дальность захвата (Дз) цели радиолокационной головкой самонаведения (РГС), обычно используется метод пропорционального наведения. При этом оценки, необходимые для его реализации, формируются в вычислителе путем решения тех или иных кинематических уравнений, которые определяют взаимное положение воздушного объекта и ЛА как материальных точек. Эти уравнения решаются на основе обработки результатов измерения ускорения ЛА в продольном направлении и в поперечных плоскостях управления при условии, что соблюдается вполне определенная гипотеза движения воздушного объектов (например, с постоянной скоростью) по состоянию на момент пуска. В результате такого наведения ЛА должен быть выведен в зону уверенного захвата воздушного объекта.In the autonomous mode of operation, the radio-electronic control system (RES), which occurs in situations when the launch range (D p ) slightly exceeds the capture range (D h ) of the target by the radar homing head (RGS), usually uses the proportional guidance method. Moreover, the estimates necessary for its implementation are formed in the calculator by solving certain kinematic equations that determine the relative position of the air object and the aircraft as material points. These equations are solved on the basis of processing the results of measurements of the aircraft’s acceleration in the longitudinal direction and in the transverse control planes, provided that a well-defined hypothesis of the movement of air objects (for example, at a constant speed) at the time of launch is observed. As a result of such guidance, the aircraft should be brought into the zone of confident capture of an air object.
Для уменьшения ошибок наведения при маневрах воздушного объекта на автономных участках большой протяженности используется режим командного наведения. В этом режиме из бортовой аппаратуры в РГС поступают сигналы радиокоррекции (РК). В качестве сигнала радиокоррекции периодически передают закодированное значение ошибок наведения по положению и производные этих ошибок по времени. На основе раскодированных сигналов РК траектория ЛА корректируется таким образом, что воздушный объект не выходит за пределы зоны захвата РГС. После того как ЛА приблизилась к воздушному объекту на расстояние Д≤Дз, включается РГС, воздушный объект берется на автоматическое сопровождение и начинается этап самонаведения. В этом режиме обычно используется метод пропорционального наведения со смещением, а основным поставщиком информации для него является РГС [1, с. 23-29].To reduce guidance errors during maneuvers of an air object in autonomous sections of long length, the command guidance mode is used. In this mode, radio correction signals (RC) are received from the on-board equipment in the CWG. The encoded value of the position guidance errors and time derivatives of these errors are periodically transmitted as a radio correction signal. Based on the RK decoded signals, the aircraft trajectory is adjusted so that the airborne object does not go beyond the boundaries of the CWG capture zone. After the aircraft approached the airborne object at a distance D≤D s , the CWG is turned on, the airborne vehicle is taken for automatic tracking and the homing stage begins. In this mode, the method of proportional guidance with bias is usually used, and the main supplier of information for it is the CWG [1, p. 23-29].
Режим ЦУ в комбинированных РЭСУ ЛА имеет то же предназначение, что и в системах самонаведения (СН). Отличие состоит лишь в наличии дополнительных команд, используемых в качестве начальных условий для решения кинематических уравнений, которые используются для экстраполяции пространственного положения и скорости воздушного объекта в автономном и радиокомандном режимах.TsU mode in the combined RESU aircraft has the same purpose as in homing systems (HF). The difference is only in the presence of additional commands used as initial conditions for solving the kinematic equations, which are used to extrapolate the spatial position and speed of an air object in autonomous and radio command modes.
Однако данный способ обладает недостатком: если Дп>>Дз, то за время длительного автономного наведения воздушный объект может начать маневрировать, изменив тем самым закон своего первоначального движения. Поскольку эти изменения не учитывались в информационно-вычислительных системах (ИВС) автономной системы, то это может привести к ошибкам наведения, при которых воздушный объект может не попасть в зону ее захвата РГС. Применение режима РК не в полной мере позволяет обеспечить уменьшение ошибок наведения при маневре воздушного объекта, особенно при совершении им маневра с высокими показателями перегрузки (более 3 единиц), при этом эффективная дальность наведения значительно уменьшается.However, this method has a drawback: if D p >> D s , then during a long autonomous guidance the air object can begin to maneuver, thereby changing the law of its original movement. Since these changes were not taken into account in the information computer systems (IVS) of the autonomous system, this can lead to guidance errors in which an air object may not fall into the zone of its capture by the CSG. The use of the RK regime does not fully provide for the reduction of guidance errors during maneuvering of an air object, especially when it maneuvers with high overload indicators (more than 3 units), while the effective guidance range is significantly reduced.
Известен также способ управления ЛА с головками самонаведения, траектории полета которого предполагают три участка: баллистический участок, участок полета с постоянным углом наклона продольной оси к горизонту (участок планирования) и участок самонаведения [3]. Результатом данного способа является уменьшение на участке планирования технического рассеивания ЛА, возникающего к концу баллистического участка полета, за счет сведения траектории планирования к кинематической до момента начала самонаведения. Сущность изобретения заключается в ограничении углов отклонения элементов управления ЛА (например, аэродинамических рулей), что, в свою очередь, обеспечивается за счет ограничения входного сигнала на рулевой привод на участке планирования. При этом уровень сигнала на рулевой привод определяется значением управляющего сигнала, требуемого для движения ЛА по опорной траектории, лежащей ниже реальных траекторий.There is also a known method of controlling an aircraft with homing heads, the flight paths of which suggest three sections: a ballistic section, a flight section with a constant angle of inclination of the longitudinal axis to the horizon (planning section) and a homing section [3]. The result of this method is the reduction in the planning section of the technical dispersion of the aircraft that occurs at the end of the ballistic section of the flight, due to the reduction of the planning path to the kinematic until the start of homing. The essence of the invention is to limit the angles of deviation of the control elements of the aircraft (for example, aerodynamic rudders), which, in turn, is achieved by limiting the input signal to the steering gear in the planning area. In this case, the signal level to the steering gear is determined by the value of the control signal required for the aircraft to move along the reference path lying below the real paths.
Способ обладает тем недостатком, что при движении ЛА на баллистическом участке и участке планирования не рассматривается маневр объекта. Соответственно в ИВС не учитываются изменения траектории движения объекта, что приводит к ошибкам наведения на первых двух участках траектории полета.The method has the disadvantage that when the aircraft moves in the ballistic section and the planning section, the object’s maneuver is not considered. Accordingly, changes in the trajectory of the object’s movement are not taken into account in the ITT, which leads to pointing errors in the first two sections of the flight path.
Способ комбинированного наведения (СКН) предназначен для реализации способов наведения, обеспечивающих перехват воздушных объектов в широком диапазоне дальностей и существенно превышающих дальности действия ЛА с теленаведением (ТН) и самонаведением. При этом СКН позволяет достичь высоких показателей точности перехвата маневрирующих воздушных объектов, помехозащищенности ИВС ЛА, а также практически реализовать принцип «пуск-перехват». Изобретение позволяет осуществить способ комбинации радиокомандного на начальном участке полета ЛА (в ближней зоне) и радиолокационного или оптического самонаведения на конечном участке (в дальней зоне).The method of combined guidance (SKN) is intended for the implementation of guidance methods that ensure the interception of airborne objects in a wide range of ranges and significantly exceeding the range of aircraft with television guidance (TN) and homing. At the same time, SKN allows to achieve high accuracy indicators of interception of maneuvering air objects, noise immunity of the aircraft’s IVS, and also practically to implement the principle of “start-interception”. The invention allows to implement a method of combining a radio command in the initial portion of an aircraft flight (in the near field) and radar or optical homing in the final section (in the far zone).
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, на которых показаны взаимное расположение и связи элементов предлагаемой системы комбинированного наведения летательного аппарата и приняты следующие обозначения (фиг. 1):The proposed technical solution is illustrated by drawings, which show the relative position and relationship of the elements of the proposed combined guidance system of the aircraft and the following notation (Fig. 1):
1 - наземный борт,1 - land board,
2 - формирователь начальных условий,2 - shaper initial conditions,
3 - формирователь упреждений,3 - shaper lead,
4 - умножитель,4 - multiplier,
5 - командная радиолиния управления (КРЛУ),5 - command radio control line (KRLU),
6 - блок выработки полетного задания,6 - block development flight mission,
7 - фильтр оценок,7 - rating filter,
8 - схема контроля промаха,8 is a slip control diagram,
9 - схема контроля скорости изменения промаха,9 is a flowchart for controlling a slip change rate,
10 - коммутатор,10 - switch
11 - «Автопилот - летательный аппарат» (АП-ЛА),11 - "Autopilot - aircraft" (AP-LA),
12 - устройство сопряжения,12 - device pairing
13 - канал демпфирования летательного аппарата,13 - channel damping of the aircraft,
14 - бортовой координатор воздушного объекта (БКВО),14 - on-board coordinator of an air object (BKVO),
15 - ключ «теленаведения/самонаведения» (ТН/СН),15 - key "telecast / homing" (TN / CH),
16 - оптимальный фильтр,16 is the optimal filter
17 - оптимальный регулятор,17 is the optimal regulator,
18 - селектор ложных тепловых воздушных объектов (ЛТВО),18 - selector false thermal air objects (LTVO),
19 - датчик линейных ускорений (ДЛУ),19 - linear acceleration sensor (DLU),
20 - фильтр сопровождения,20 - tracking filter,
21 - сумматор,21 - adder
22 - кинематическое звено,22 - kinematic link
23 - преобразователь.23 - converter.
Основной задачей изобретения является повышение эффективности системы комбинированного наведения. Техническая реализация повысит точность наведения летательного аппарата для перехвата на больших дальностях, в том числе интенсивно маневрирующего воздушного объекта.The main objective of the invention is to increase the efficiency of the combined guidance system. Technical implementation will increase the accuracy of guidance of the aircraft for interception at long ranges, including intensively maneuvering airborne objects.
Комбинированное наведение реализуется при функционировании ИВС в трех режимах: целеуказания, радиокомандного наведения (РКН) и самонаведения. При этом применяемые методы наведения и алгоритмы управления обеспечивают всеракурсный перехват воздушного объекта независимо от режима работы, а алгоритмы функционирования ИВС робастны к смене режимов.Combined guidance is implemented during the operation of the IVS in three modes: target designation, radio command guidance (ILV) and homing. At the same time, the applied guidance methods and control algorithms provide an all-round interception of an air object regardless of the operating mode, and the algorithms of the functioning of the IVS are robust to changing modes.
В радиокомандном режиме функционирования ИВС в ситуациях, когда относительная дальность автономного наведения значительно превышает дальность захвата воздушного объекта головкой самонаведения (ГСН), целесообразно применять метод оптимального наведения. В этом случае обеспечивается сопряжение кинематических траекторий участков радиокомандного и самонаведения. Применением метода оптимального (квазиоптимального) траекторного управления возможно достичь режима наведения, близкого к режиму параллельного сближения, и тем самым обеспечить наилучшие условия углового прицеливания ГСН, т.е. прицеливания практически по «неподвижному» воздушному объекту в относительном движении. Это позволяет значительно уменьшить ошибки захвата воздушного объекта следящим угломерным координатором, обеспечить переход от радиокомандного наведения к автономному сопровождению воздушного объекта в режиме самонаведения без существенных переходных процессов и предотвратить появление больших ошибок слежения при интенсивном маневрировании воздушного объекта, особенно на малых дальностях, в районе встречи ЛА с воздушным объектом.In the radio command mode of the IVS functioning in situations when the relative range of autonomous guidance significantly exceeds the capture range of an air object by the homing head (GOS), it is advisable to use the optimal guidance method. In this case, the kinematic trajectories of the radio command and homing sections are mated. Using the optimal (quasi-optimal) trajectory control method, it is possible to achieve a guidance mode close to the parallel approach mode, and thereby provide the best conditions for angular aiming of the GOS, i.e. aiming practically over a “motionless” air object in relative motion. This can significantly reduce the errors of capture of an air object by the tracking goniometric coordinator, ensure the transition from radio command guidance to autonomous tracking of the air object in homing mode without significant transient processes and prevent the occurrence of large tracking errors during intensive maneuvering of an air object, especially at short ranges, in the aircraft meeting area with an aerial object.
В режиме радиокомандного наведения необходимые информационные параметры траекторного управления формируются на наземном пункте управления путем реализации оптимальных алгоритмов траекторного управления [5, 138-162].In the radio command guidance mode, the necessary information parameters for the trajectory control are formed at the ground control point by implementing optimal algorithms for the trajectory control [5, 138-162].
При достижении ЛА дальности до воздушного объекта, при которой происходит разрешение воздушного объекта по углам, дальности и скорости ее изменения, осуществляется захват воздушного объекта ГСН с последующим переходом на ее автосопровождение по всем доступным для ГСН фазовым координатам.When the aircraft reaches the distance to the airborne object, at which the airborne object is resolved by the angles, range and speed of its change, the airborne missile system is captured and then transferred to its auto-tracking along all phase coordinates available for the radios.
С этого момента начинается этап самонаведения. В результате информационного контакта с воздушным объектом на входе ИВС присутствует сигнал от него, несущий всю доступную информацию о его фазовых координатах. Каналы оценивания координат и параметров движения воздушного объекта на основе информации, извлекаемой из сигнала от воздушного объекта (в радио- или оптическом диапазонах), непрерывно формируют оценки требуемых информационных параметров траекторного управления, необходимых для реализации выбранного метода наведения [4, с. 186-196].From this moment begins the homing phase. As a result of informational contact with an airborne object, a signal from it is present at the IVS input, carrying all available information about its phase coordinates. The channels for estimating the coordinates and motion parameters of an airborne object based on the information extracted from the signal from the airborne object (in the radio or optical bands) continuously generate estimates of the required information parameters for the trajectory control necessary to implement the selected guidance method [4, p. 186-196].
Основной задачей режима ЦУ является обеспечение необходимой информацией ИВС наземного пункта управления (НПУ) для формирования полетного задания (ПЗ). В состав ПЗ входят параметры начальных условий для решения кинематических уравнений, которые используются в бортовой ИВС для экстраполяции параметров траекторного управления, а также служебные команды ЦУ, необходимые для обеспечения подготовки к пуску и пуска ЛА. Режим ЦУ имеет место в процессе совместного функционирования систем и аппаратуры НПУ на интервале времени от получения, обработки информации о выбранном для обстрела воздушном объекте и до пуска ЛА. Команды ЦУ начинают поступать в ИВС ЛА только после взятия воздушного объекта на автоматическое сопровождение средствами сопровождения (радиолокационные станции (РЛС) и оптико-электронные станции (ОЭС)) и окончания формирования ПЗ. По информации ПЗ осуществляются наведение антенны радиолокационной ГСН (чувствительного элемента оптической ГСН) по угловым координатам в требуемом направлении, «заряжание» фильтров сопровождения и экстраполяторов «начальными условиями», а также реализация необходимых служебных команд, обеспечивающих функционирование ИВС ЛА при автономном наведении.The main task of the control center mode is to provide the necessary information on the IVS of a ground control point (NPU) for the formation of a flight mission (PZ). The composition of the PP includes the parameters of the initial conditions for solving the kinematic equations that are used in the on-board IVS to extrapolate the parameters of the trajectory control, as well as the service commands of the control center, necessary to ensure preparation for the launch and launch of the aircraft. TsU mode takes place in the process of joint functioning of the systems and equipment of the anti-aircraft missile system in the time interval from receiving, processing information about the selected air target for launching and before launching the aircraft. The command of the control center begins to arrive at the IVS of the aircraft only after taking the airborne object for automatic escort by means of escort (radar stations and optical-electronic stations (OES)) and after the formation of the air defense. According to the PZ information, the antenna of the radar seeker (the sensing element of the optical seeker) is guided by the angular coordinates in the desired direction, the “loading” of the tracking filters and extrapolators by the “initial conditions”, as well as the implementation of the necessary service commands that ensure the functioning of the ALS of the aircraft during autonomous guidance.
Перечень фигур чертежей.The list of figures drawings.
Фиг. 1 - Структура контура наведения, реализующая способ оптимального параллельного комбинированного наведения «ТН+СН».FIG. 1 - The structure of the guidance loop that implements the optimal parallel combined guidance "TH + CH".
Фиг. 2 - Обобщенная структурная схема комплексного координатора воздушного объекта РЛС сопровождения.FIG. 2 - Generalized block diagram of the complex coordinator of the airborne radar tracking facility.
Фиг. 3 - Обобщенная структурная схема вычислителя кинематических параметров относительного движения.FIG. 3 - Generalized block diagram of the calculator of kinematic parameters of relative motion.
Фиг. 4 - Обобщенная структурная схема формирователя полетного задания.FIG. 4 - Generalized block diagram of the flight task former.
Фиг. 5 - Структурная схема оптимального регулятора с компенсацией динамической ошибки.FIG. 5 - Block diagram of the optimal controller with compensation for dynamic errors.
Фиг. 6 - Структурная схема оптимального контура самонаведения.FIG. 6 - Block diagram of the optimal homing circuit.
Рассмотрим алгоритмы работы способа комбинированного наведения в различных режимах:Consider the algorithms of the combined guidance method in various modes:
1. Алгоритмы работы способа комбинированного наведения в режиме целеуказания1. The algorithms of the method of combined guidance in targeting mode
В СКН задачи, решаемые в режиме ЦУ, реализуются информационно-управляющей системой (ИУС) наземного пункта управления в составе измерительных средств радиотехнических или в комплексе с оптико-электронными, вычислительными средствами и средствами управления.In SKN, the tasks to be solved in the control center mode are implemented by the information management system (IMS) of the ground control point as a part of radio engineering measuring instruments or in combination with optoelectronic, computing and control means.
В качестве измерительных радиотехнических средств наиболее широкое распространение получили импульсно-доплеровские РЛС с квазинепрерывным сигналом подсвета воздушного объекта (ИД РЛС КНПС), позволяющие:As the measuring radio equipment, the most widely used are pulse-Doppler radars with a quasicontinuous signal of illumination of an air object (ID radar KNPS), allowing:
измерять в угломерном канале с моноимпульсным (моноконическим) пеленгатором угловые координаты εц, βц с одновременным формированием в многомерном фильтре (ММФ) сопровождения (фильтре в контуре сопровождения) оптимальных оценок фазовых координат
измерять в дальномерном канале с одновременным оцениванием координаты
На структурной схеме (фиг. 2): uΔ, u∑ - разностные и суммарные сигналы на выходе устройства суммарно-разностной обработки (УСРО) приемника;
21 - сумматор,21 - adder
24 - антенный привод (АПр),24 - antenna drive (APR),
26 - приемник,26 - receiver
27 - многомерный дискриминатор,27 is a multidimensional discriminator,
28 - многомерный фильтр,28 - multidimensional filter,
29 - регулятор дальности,29 - range controller,
30 - регулятор скорости,30 - speed controller,
31 - регулятор антенного привода.31 - regulator antenna drive.
Структура комплексного координатора воздушного объекта (ККВО) включает три контура сопровождения - по угловым координатам εц (βц), дальности ru и скорости Vц. Каждый контур представляет собой следящую систему с многомерным оптимальным фильтром, формирующим оценки фазовых координат для внешнего потребления
Вычислительные средства в составе вычислителя кинематических параметров относительного движения «ЛА - воздушный объект» (ВКПОД) и формирователя полетного задания (ФПЗ) формируют полетное задание для реализации его в бортовой ИВС ЛА в режимах ЦУ и радиокоррекции (РКН).Computing tools as part of the relative-motion kinematic parameters calculator “LA - airborne object” (VKPOD) and flight task shaper (FPZ) form a flight task for its implementation in the aircraft’s on-board IVS in the control and radio correction modes (ILV).
В ВКПОД решаются кинематические уравнения относительного движения «ЛА - воздушный объект» с входящими в их правые части векторами
На структурной схеме (фиг. 3): In the structural diagram (Fig. 3):
23 - преобразователь, 23 - Converter
25 - интегратор,25 - integrator
32 - преобразователь координат воздушного объекта (ПКВО),32 - coordinate converter of an air object (PKVO),
33 - вычислитель,33 - calculator,
34 - преобразователь координат летательного аппарата (ПКЛА),34 - coordinate converter of the aircraft (PCA),
35 - приборная модель контура наведения,35 is an instrumental model of the guidance loop,
36 - модель системы управления полетом (СУП) ЛА, координаты с индексом «м» - модельные (приборные) координаты. Ниже приводится алгоритм функционирования ВКПОД на временном интервале t0<t<tсн, где t0 - момент взятия воздушного объекта на автосопровождение, tсн - момент перехода СКН в режим самонаведения.36 - model of the flight control system (CMS) of the aircraft, the coordinates with the index "m" - model (instrument) coordinates. Below is the algorithm of functioning of the VKPOD in the time interval t 0 <t <t sn , where t 0 is the moment of taking the air object for auto tracking, t sn is the moment the SKN goes into homing mode.
Формализованная математическая модель функционирования ВКПОД [4, с. 301-305].A formalized mathematical model of functioning of the VKPOD [4, p. 301-305].
1. Преобразователь координат воздушного объекта:1. The coordinate converter of an air object:
2. Преобразователь координат ЛА:2. Aircraft coordinate converter:
где tну - время начала управляемого полета ЛА.where t well is the start time of the controlled flight of the aircraft.
3. Вычислитель:3. Calculator:
4. Модель СУП:4. SOUP model:
ϑм(0)=θст, ϑ m (0) = θ st ,
где N - постоянная навигации;where N is the navigation constant;
кр, Тр, ξр - параметры передаточной функции колебательного звена - аппроксимации динамики стабилизированной системы «автопилот - ЛА»;to p , T p , ξ p - parameters of the transfer function of the vibrational link - approximation of the dynamics of the stabilized system "autopilot - LA";
TV - аэродинамическая постоянная;T V - aerodynamic constant;
tст, tм, tк - время старта, начала маршевого участка и окончания полета ЛА соответственно.t article , t m , t to - the start time, the beginning of the marching section and the end of the flight of the aircraft, respectively.
Формирователь полетного задания по данным от ВКПОД формирует: вектор начальных условий для «заряжания» вычислителя бортовой ИВС в виде набора фазовых координат
начальное значение задающего воздействия
текущие значения
На структурной схеме функционирования ФПЗ (фиг. 4):On the structural diagram of the functioning of the FPZ (Fig. 4):
37 - наземный пункт управления (НПУ),37 - ground control point (NPU),
38 - борт летательного аппарата (Борт ЛА),38 - board the aircraft (aircraft LA),
39 - формирователь начальных условий и коррекции (ФНУК),39 - shaper initial conditions and correction (FNUK),
40 - информационно-управляющий канал сопряжения (ИУКС),40 - information management channel pairing (IUKS),
41 - информационно-вычислительная система (ИВС).41 - information computing system (IVS).
2. Алгоритмы работы способа комбинированного наведения в режиме теленаведении [5, с. 281-284]2. Algorithms for the operation of the method of combined guidance in tele-guidance [5, p. 281-284]
В режиме теленаведения реализуется структурной схемой оптимального регулятора системы траекторного управления (фиг.5). На структурной схеме:In the television mode is implemented by the structural diagram of the optimal controller of the trajectory control system (figure 5). In the structural diagram:
17 - оптимальный регулятор,17 is the optimal regulator,
21 - сумматор,21 - adder
42 - формирователь оценок.42 - evaluator.
Решение задачи оптимального управления имеет вид двумерного фильтра:The solution to the optimal control problem has the form of a two-dimensional filter:
где
где ωк имеет смысл полосы пропускания контура наведения, q - показатель степени, определяющий вид нелинейности,
Для уменьшения динамической ошибки можно использовать команды компенсации по первой и второй производным от h:To reduce the dynamic error, you can use the compensation commands for the first and second derivatives of h:
гдеWhere
Более высокую точность наведения, особенно на интенсивно маневрирующий воздушный объект, можно достигнуть при увеличении порядка модели до третьего. Это объясняется тем, что более высокие производные лучше аппроксимируются некоррелированным шумовым процессом. Кроме того, повышение порядка модели дает возможность получить оптимальные оценки вторых производных параметра управления (ошибок наведения).Higher pointing accuracy, especially on an intensely maneuvering air object, can be achieved by increasing the order of the model to a third. This is because higher derivatives are better approximated by an uncorrelated noise process. In addition, increasing the order of the model makes it possible to obtain optimal estimates of the second derivatives of the control parameter (guidance errors).
3. Алгоритмы работы способа комбинированного наведения в режиме самонаведения3. Algorithms for the operation of the method of combined guidance in homing mode
Процесс наведения ЛА на воздушный объект описывается системой дифференциальных уравнений, представляющей собой формализованную математическую модель (ФММ), получившую распространенное название контура наведения [4, с. 306-308].The process of pointing an aircraft to an airborne object is described by a system of differential equations, which is a formalized mathematical model (FMM), which has received the common name for the guidance loop [4, p. 306-308].
Контур самонаведения с оптимальными управлениями в своем составе включает следующие ФММ:The homing loop with optimal controls in its composition includes the following FMMs:
кинематические уравнения относительного движения воздушного объекта и ЛА;kinematic equations of the relative motion of an air object and an aircraft;
ИВС в составе оптимальных измерителей угловых параметров, относительной дальности и ее производных, а также оптимального регулятора траекторного управления;IVS as a part of optimum measuring instruments of angular parameters, relative range and its derivatives, and also an optimal regulator of path control;
оптимальной системы «автопилот - ЛА» в составе модели звена динамики ЛА, оптимального измерителя параметров собственного движения ЛА, идентификатора динамических параметров ЛА, оптимального регулятора пилотажного управления.the optimal system “autopilot - LA” as part of the model of the link of the dynamics of the aircraft, the optimal meter of the parameters of the aircraft’s own motion, the identifier of the dynamic parameters of the aircraft, the optimal controller of flight control.
Контур наведения составлен на основе формализованных математических моделей.The guidance loop is based on formalized mathematical models.
1. Кинематического звена.1. The kinematic link.
2. Оптимального измерителя угловых параметров.2. The optimal meter of angular parameters.
3. Квазиоптимального регулятора траекторного управления (КОРТУ) в виде аппроксимированного выражения:3. The quasi-optimal trajectory control controller (KORTU) in the form of an approximated expression:
где
4. Оптимальной системы «автопилот - ЛА» (ОСАЛА).4. The optimal system of "autopilot - LA" (OSALA).
5. Оптимального измерителя относительной дальности и ее производных (ОИПД).5. The optimal meter of relative range and its derivatives (OIPD).
На структурной схеме оптимального контура самонаведения представлены следующие элементы (фиг. 6):The following elements are presented on the structural diagram of the optimal homing circuit (Fig. 6):
19 - датчик линейных ускорений (ДЛУ),19 - linear acceleration sensor (DLU),
21 - сумматор,21 - adder
22 - кинематическое звено,22 - kinematic link
24 - антенный привод (АПр),24 - antenna drive (APR),
25 - интегратор,25 - integrator
43 - оптимальный измеритель угловых параметров,43 is an optimal meter of angular parameters,
44 - измерители,44 - meters
45 - пеленгационное устройство (ПУ),45 - direction finding device (PU),
46 - датчик углового положения (ДУЛ),46 - angle position sensor (DUL),
47 - фильтр отслеживаемого процесса (ФОП),47 - filter of the monitored process (FOP),
48 - фильтр нормального ускорения (ФНУ),48 - normal acceleration filter (FNU),
49 - фильтр антенного привода (ФАП),49 - filter antenna drive (FAP),
50 - оптимального регулятора сопровождения (ОРС),50 - optimal tracking controller (OPC),
51 - квазиоптимальный регулятор траекторного управления (КОРТУ),51 - quasi-optimal control of trajectory control (KORTU),
52 - функциональный преобразователь угловой скорости линии визирования воздушного объекта,52 is a functional Converter of the angular velocity of the line of sight of an air object,
53 - формирователь команды управления,53 - shaper management team,
54 - функциональный преобразователь со степенной характеристикой,54 - functional Converter with a power characteristic,
55 - относительный измеритель относительной дальности и ее производных (ОИПД),55 - relative meter of relative range and its derivatives (OIPD),
56 - фильтр угловых скоростей (ФУС)56 - angular velocity filter (FUS)
57 - датчик угловой скорости (ДУС),57 - angular velocity sensor (DUS),
58 - объект управления (ОУ),58 - control object (OS),
59 - звено динамики летательного аппарата (ЗДЛА),59 - link dynamics of the aircraft (ZLA),
60 - оптимальная система «автопилот - летательный аппарат» (ОСАЛА),60 - the optimal system of "autopilot - aircraft" (OSALA),
61 - оптимальный регулятор пилотажного управления (ОРПУ),61 - the optimal controller of flight control (ORPU),
62 - датчик параметров собственного движения (ДПСД),62 - sensor parameters of its own movement (DPSD),
63 - фильтр параметров собственного движения (ФПСД),63 - filter parameters of its own motion (FPSD),
64 - идентификатор динамических параметров (ИДП).64 - dynamic parameter identifier (IDP).
Анализ структурной схемы контура самонаведения (фиг. 6) позволяет отметить следующие особенности оптимальной системы самонаведения: система представляет собой многомерную, нестационарную и многоконтурную сложную систему.Analysis of the structural scheme of the homing circuit (Fig. 6) allows us to note the following features of the optimal homing system: the system is a multidimensional, non-stationary and multi-circuit complex system.
Многомерность в основном определяется размерностью оптимальных фильтров ИВС и автопилота.Multidimensionality is mainly determined by the dimension of the optimal IVS and autopilot filters.
Нестационарность системы обусловлена нестационарностью кинематического звена, оптимальных фильтров ИВС и автопилота, а также структурой регуляторов траекторного и пилотажного управлений.The non-stationarity of the system is due to the non-stationarity of the kinematic link, the optimal IVS and autopilot filters, as well as the structure of the trajectory and flight control regulators.
Многоконтурность - наличием контуров наведения и сопровождения по угловым координатам и дальности, образованных цепями формирования невязок в оптимальных фильтрах ИВС и автопилота, а также обратных связей в регуляторах траекторного и пилотажного управлений. Многоконтурность дает возможность одновременно обеспечить высокую точность, устойчивость и помехозащищенность контуров сопровождения воздушного объекта, в том числе и интенсивно маневрирующего, по углам и дальности, а также контура наведения летательного аппарата.Multi-circuit - by the presence of guidance and tracking contours along angular coordinates and range, formed by chains of residual formation in the optimal filters of the IVS and autopilot, as well as feedbacks in the controllers of the trajectory and aerobatic controls. The multi-circuit makes it possible to simultaneously provide high accuracy, stability and noise immunity of the contours of the tracking of an air object, including intensively maneuvering, in angles and ranges, as well as in the guidance loop of the aircraft.
В оптимальной системе самонаведения пропорциональное сближение реализуется согласно методу расширенной пропорциональной навигации с квазиоптимальным нелинейным управлением, позволяющему обеспечить высокую точность перехвата интенсивно маневрирующего воздушного объекта. Ранее было отмечено о фактах квазиоптимальности алгоритмов ИВС, что позволяет судить об условной оптимальности - квазиоптимальности рассматриваемого варианта системы самонаведения. «Степень условности» можно оценить путем исследования динамики самонаведения методом имитационного моделирования.In an optimal homing system, proportional approach is realized according to the method of extended proportional navigation with quasi-optimal non-linear control, which allows for high accuracy of interception of an intensively maneuvering air object. Previously, it was noted that quasi-optimality of IVS algorithms is quasi-optimal, which allows us to judge about conditional optimality — quasi-optimality of the homing system under consideration. “The degree of conditionality” can be estimated by studying the dynamics of homing by the method of simulation.
Источники информацииInformation sources
1. Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Канащенков А.И. и др. Авиационные системы радиоуправления. Издание второе, дополненное и переработанное. Т.2. Радиоэлектронные системы самонаведения/ Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2003. - 389 с.1. Merkulov V.I., Drogalin V.V., Kanaschenkov A.I. and other Aviation systems of radio control. Second edition, revised and revised. T.2. Radio-electronic homing systems / Ed. A.I. Kanaschenkova and V.I. Merkulova. M .: Radio engineering, 2003 .-- 389 p.
2. Меркулов В.И., Канащенков А.И., Чернов В.С. и др. Авиационные системы радиоуправления. Издание второе, дополненное и переработанное. Т.3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2004. - 320 с. (с. 185-187, прототип).2. Merkulov V.I., Kanaschenkov A.I., Chernov V.S. and other Aviation systems of radio control. Second edition, revised and revised. T.3. Command radio control systems. Autonomous and combined guidance systems / Ed. A.I. Kanaschenkova and V.I. Merkulova. M .: Radio engineering, 2004 .-- 320 p. (p. 185-187, prototype).
3. Патент РФ №2124688 F41G 7/00. Способ комбинированного управления летательным аппаратом. Тихонов В.П., Бабичев В.И., Журавлев С.Д., Гудков Н.В., Лагун В.В. Опубликован 10.01.1999 г. (аналог).3. RF patent No. 2124688
4. Хуторской И.Н., Жарков С.В., Финогенов С.Н. и др. Системы самонаведения зенитных ракет. Смоленск: ОАО «Алина», 2006. - 324.4. Khutorskoy I.N., Zharkov S.V., Finogenov S.N. and other anti-aircraft missile homing systems. Smolensk: OJSC Alina, 2006. - 324.
5. Хуторской И.Н., Финогенов С.Н. Системы наведения зенитных ракет с оптимальным управлением. Смоленск, Изд-во ВА ВПВО ВС РФ, 2009. - 317 с.5. Khutorskoy I.N., Finogenov S.N. Anti-aircraft missile guidance systems with optimal control. Smolensk, Publishing House of the Air Defense Forces of the Armed Forces of the Russian Federation, 2009 .-- 317 p.
Claims (1)
где ωк имеет смысл полосы пропускания контура наведения, q - показатель степени, определяющий вид нелинейности, - линейная ошибка наведения, - оценка скорости изменения линейной ошибки наведения;
а на этапе самонаведения - в соответствии с выражением
где - оценка относительной дальности «летательный аппарат - воздушный объект», - оценка скорости сближения летательного аппарата с воздушным объектом, Tv - аэродинамическая постоянная, Кλ - назначаемый коэффициент, - оценка угловой скорости линии визирования «летательный аппарат - воздушный объект», q - показатель степени, определяющий вид нелинейности, h - оценка линейной ошибки наведения, - оценки трансверсальных ускорений летательного аппарата и воздушного объекта. A method of combined guidance of an aircraft, comprising a combination of a radio command at the initial flight portion of the aircraft (in the near zone) and radar or optical homing at the final site (in the far zone), characterized in that the magnitude of the control command at the output of the command generation device at the radio command guidance stage calculated according to dependency
where ω k has the meaning of the bandwidth of the guidance loop, q is an exponent that determines the type of nonlinearity, - linear pointing error, - estimation of the rate of change of the linear guidance error;
and at the homing stage - in accordance with the expression
Where - assessment of the relative range "aircraft - air object", - assessment of the speed of approach of the aircraft with an air object, T v - aerodynamic constant, K λ - assigned coefficient, - an estimate of the angular velocity of the line of sight "aircraft - an air object", q is an exponent that determines the type of nonlinearity, h is an estimate of the linear pointing error, - Estimation of transversal accelerations of an aircraft and an air object.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144659/28A RU2586399C2 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | Method for combination of guiding aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144659/28A RU2586399C2 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | Method for combination of guiding aircraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014144659A RU2014144659A (en) | 2016-05-27 |
RU2586399C2 true RU2586399C2 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56095756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014144659/28A RU2586399C2 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | Method for combination of guiding aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2586399C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666069C1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-09-05 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method of interception of high-speed air-space objects maneuvering at intense rate |
RU2751378C1 (en) * | 2020-03-25 | 2021-07-13 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method for targeting high-speed, highly maneuverable air objects |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2126322A (en) * | 1982-07-28 | 1984-03-21 | Telecommunications Sa | Passive missile guidance process |
US4898341A (en) * | 1988-10-12 | 1990-02-06 | Raytheon Company | Method of guiding missiles |
RU2124688C1 (en) * | 1997-11-25 | 1999-01-10 | Конструкторское бюро приборостроения | Method of combined control of flying vehicle |
RU2164654C2 (en) * | 1999-01-19 | 2001-03-27 | ОАО "Фазотрон - Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method for homing of flight vehicles on ground targets |
-
2014
- 2014-11-05 RU RU2014144659/28A patent/RU2586399C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2126322A (en) * | 1982-07-28 | 1984-03-21 | Telecommunications Sa | Passive missile guidance process |
US4898341A (en) * | 1988-10-12 | 1990-02-06 | Raytheon Company | Method of guiding missiles |
RU2124688C1 (en) * | 1997-11-25 | 1999-01-10 | Конструкторское бюро приборостроения | Method of combined control of flying vehicle |
RU2164654C2 (en) * | 1999-01-19 | 2001-03-27 | ОАО "Фазотрон - Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method for homing of flight vehicles on ground targets |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МЕРКУЛОВ В.И., КАНАЩЕНКОВ А.И., ЧЕРНОВ В.С. И ДР. Авиационные системы радиоуправления. Издание второе, дополненное и переработанное. Т.3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / Под ред. А.И. КАНАЩЕНКОВА и В.И. МЕРКУЛОВА. М.: Радиотехника, 2004. - с. 185-187. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666069C1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-09-05 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method of interception of high-speed air-space objects maneuvering at intense rate |
RU2751378C1 (en) * | 2020-03-25 | 2021-07-13 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method for targeting high-speed, highly maneuverable air objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014144659A (en) | 2016-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6244536B1 (en) | Air to air homing missile guidance | |
ES2835199T3 (en) | Procedure for tracking an air and radar target that implements such a procedure | |
Palumbo et al. | Modern homing missile guidance theory and techniques | |
KR101740312B1 (en) | Induction control method using camera control information of unmanned air vehicle | |
Miller et al. | Tracking of the UAV trajectory on the basis of bearing-only observations | |
CN105371818A (en) | Ranging obstacle avoidance instrument and ranging obstacle avoidance method for unmanned aerial vehicle | |
Miller | Developing algorithms of object motion control on the basis of Kalman filtering of bearing-only measurements | |
US20040155142A1 (en) | System and method for periodically adaptive guidance and control | |
US20150268329A1 (en) | Passive ranging of a target | |
CN109445449A (en) | A kind of high subsonic speed unmanned plane hedgehopping control system and method | |
RU2586399C2 (en) | Method for combination of guiding aircraft | |
Livshitz et al. | Low-cost laser range-measurement-based terrain-following concept and error analysis | |
Barber et al. | Vision-based landing of fixed-wing miniature air vehicles | |
RU2408847C1 (en) | Self-guidance method of aircrafts to hypersonic targets | |
Khamis et al. | Nonlinear optimal tracking for missile gimbaled seeker using finite-horizon state dependent Riccati equation | |
RU2498342C1 (en) | Method of intercepting aerial targets with aircraft | |
RU2737840C2 (en) | Method for final reduction of an unmanned aerial vehicle in a longitudinal plane based on a quasi-optimal guidance law | |
RU2418267C1 (en) | Information-computer system of unmanned fighter | |
Raj et al. | Estimation of line-of-sight rate in a homing Missile Guidance loop using optimal filters | |
Khamis et al. | Nonlinear finite-horizon regulation and tracking for systems with incomplete state information using differential state dependent Riccati equation | |
Miller et al. | UAV control on the basis of bearing-only observations | |
Girrbach et al. | Towards robust sensor fusion for state estimation in airborne applications using GNSS and IMU | |
Ye et al. | Tracking algorithm for cruise missile based on IMM-singer model | |
KR101808591B1 (en) | Apparatus and Method for guidance control | |
Viswanath et al. | Homing missile guidance using LOS rate and relative range measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181106 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211013 |