近距空空导弹中末制导导引头交接班策略及截获概率研究
"卷第#期!第!
弹箭与制导学报
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近距空空导弹中末制导导引头交接班
"
策略及截获概率研究
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张!科#!王!延#!
!西安!$洛阳!&$#西北工业大学航天学院"#%%$!#!中国空空导弹研究院"$#%%’
!摘要"文中针对无数据链发射条件下的复合制导方式"提出了一种适合于实际工程应用的近距空空导弹中末制导导引头交接班策略"用来得到导弹交接班时刻"最佳飞行方位"导引头初始预偏角%同时根据新一代近设定目标的多种典型机动运动方式"给出具有随机启动时刻的目标机动域"以及导引距空空导弹的技术特点"
头截获概率的计算方法%以截获概率为性能指标"对这种方法进行讨论"得出目标机动对导引头截获概率的影响%实例仿真结果初步证实该策略方法是简便可行的%!关键词"复合制导#截获概率#截获域#机动域#交接班!中图分类号"!文献标识码"("#$%&’!!!
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以及导引头截获概率的计算方刻的目标机动域"
D!引言
文中基于红外近距空空导弹的技术特点"提出了一种适用于工程应用的导引头交接班策略%
中末制导交接班包括两部分’中末段导引头交班和中末段弹道交班%文献(对弹道交班进")行了分析和讨论"而导引头截获目标是中末制导交接班能够进行的前提%为此"针对红外近距空空导弹无数据链发射条件的情况"提出一种导引用来得到导弹交接班时刻"最佳头交接班方法"
飞行方位"导引头初始预偏角%同时根据新一代近距空空导弹的技术特点"给出具有随机启动时
法%以截获概率为性能指标"对这种算法进行讨论"得出目标机动对导引头截获概率的影响%
’!中末制导交接班条件
在复合制导体系中"中制导和末制导段的两种制导体系通常采用不同的制导律%当制导逻辑从中制导向末制导转换时"一方面要求中制导必须保证导引头可靠截获目标"即导引头交班#另一方面是中制导必须保证交班时弹道参数满足末制导对弹道初始散布的要求"即弹道交班%仅就红外导引头交班来说"交接段应主要满足两
!%%UV#%V!&"收稿日期#
作者简介#张科!"男"江西人"副教授"博士"研究方向’嵌入式系统"图像处理"模式识别"故障检测"精#’"WV$万方数据确制导"等%
近距空空导弹中末制导导引头交接班策略及截获概率研究
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个要求!距离截获"角度截获#
弹箭与制导学报
!%%"年!
倾为倾
简单的说就是要保证目标在导引头的视场范围内$这样导引头才能测出弹目视线旋转角速度$使末制导按比例导引法进行自动寻的制导#
E!中末制导导引头交接班策略
EOD!导弹F目标平面拦截模型
为了讨论问题的简便$文中采用导弹!目标平面拦截模型#选取视线坐标系为中制导过程的)
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若!$%!出现瞄准误差$则&%$%
H)参考坐标系$其原点"位于进入时刻导弹的质心$并做如下假设!
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&导弹与目标均做匀速质点飞行$且!#$##
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方向偏差来产生误差信号$根据上式$必须直接
测量!$和计算!%$$或测量&"*"0+$并计算!%$
#
不仅需要有各种测量装置$而且弹上还需有计算装
置$结构复杂$不利于工程应用#因此采用近似关
系式!"’5(*来代替$近似的实现平行接近法#实际上$此时弹道法向加速度与"成比例$实现的是比例导航法$但导航参数是变化的#
利用弹载捷联惯导系统提供的导弹位置信息和速度信息$弹载计算机可以估算导弹与目标预测拦截点之间的视线角速度信息(*$
目标预测拦截点可以由载机火控系统在发射前近似估计#E/E!理想预测拦截点的选择及交接班点计算
在理想的状态下!
目标和导弹的速度保持不变$目标不作机动飞行#采用平行导引法的导弹飞行轨迹为直线$导弹与目标之间的拦截关系见图T#图T假设导弹在理想的条件下沿碰撞拦截方向飞行$其中67代表导弹发射时预计的遭遇点位置$%8表示在计算的交接班时刻目标所在的位置$$8表示交接班时刻导弹所在的位置#图T中绘制了在中末制导交接班点时导引头视场与目标机动域关系的示意图#
如图T所示导弹采用平行接近法沿理想碰
近距空空导弹中末制导导引头交接班策略及截获概率研究
"卷第#期!第!近距空空导弹中末制导导引头交接班策略及截获概率研究!张!
科等
+U#U+
导弹的相关参数的情况下进行&可根据火控系统初始提供的目标信息进行计算’
以方
G!影响截获概率的各种因素
影响中末制导交接班截获概率的因素很多&主要包括!初始对准误差)目标位置和速度误差)导引头漂移误差)目标机动’
对于近距空空导弹来说&导弹飞行时间较短&可以用于中制导的飞行时间只有几秒’因此1
+
"=2!*#)!
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假设导引头的初
则!始方位角相对初始视线方向的偏角为#$&
#$’14<8=2)#=2"
+
%!!)1*#%
这个偏角就是导引头在交接班时刻的初始方位角’
导弹!目标之间的接近速度!
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导弹!目标之间的距离!&")#’&%!#+)
)按照交接班的距离截获条件&在交接班时刻导弹!目标之间的距离应该在导引头探测范围之内&
即!&4F1X’&%!#+))8
4F1X是导引头的最大探测距离’
得到交接班时间!
)8’
由图T可以看出&适当的推迟交班时刻&交
接班点选择在$#
8&可以增大导引头视场对目标
机动域的覆盖面积’因此&为了扩大导引头的截获域&可以适当的缩小边界条件&对交班时间的算法进行修正&修正后!
)8’
%4F1X
(图T所示飞行弹道不能实现导引头对目标
随机机动的最大概率截获’如果导弹按照预测拦
截点的方向飞行&可以看出&到达交接班点$!
8时
导引头对目标的截获域明显扩大&同时&导引头的初始方位角#$’%&近似实现导引头的初始零预偏&是比较好的飞行控制方案’初步确定导弹飞行航向按预测拦截点方向进行&导弹飞行航向满足!
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8=2)&%!#)%8<38#%!!)1
*导弹交接班万方数据时间的计算需要在知道目标和
初始对准误差*
目标位置和速度误差*导引头漂移误差对截获概率的影响很小’只有对于中制导飞行时间较长的中远距空空导弹来说这些误差才变的不可忽视’
按照文中采用的中制导策略&导弹与目标预测拦截点之间的视线角速度信息(*
由弹载计算机估算&目标预测拦截点也是由载机火控系统在发射前近似估计的’因此目标机动造成的误差成为影响截获概率的主要因素’
%!目标机动与截获概率的计算
%/D!目标的机动域
具有随机起始机动时刻的目标机动域的计算与目标机动加速度&目标飞行速度和目标的机动方式有关’这里以目标用最大加速度进行逃逸飞行来设计目标运动模型’文献$$*W%给出了一种相对于比例导引律的目标最优逃逸机动方案’指出!在二维平面内的目标最优逃逸机动或者是垂直R型圆弧机动"?.45=<1:LR5;K.F12.C?.4#或破裂9型机动"8K:=5LR5;K.F12.C?.4#’文中还考虑了目标先作R型圆弧机动&
当速度方向转过#W%Y方向后&开始作加速直线运动的转弯逃逸机动方式’
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#目标不机动时的运动方程!,)’%&#)’常数&!)’常数)"!
#目标作转弯逃逸机动方程为!,)’,)%&
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!"目标作破裂R型机动运动方程#&
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假设目标无机动飞行轨迹到遭遇点的距离为:速度为常数#)$则目标的飞行总时间))$;’%对于目标的随机起始机动方式$设目标在:#)&)
)*’%$);(的任意时刻都有可能进行的机动飞行$在无机动飞行到达某时刻)$进行逃逸飞<后$行$这样目标的机动域如图&’图"所示
#
为了计算导引头的截获概率$对万方数据
于固定发射距离&%$
将目标的初始运动在%’’%Y范围
!前半球二分之一目标运动范围"内图$!导引头截获概
每#%Y为一个条件$率的图形描述分共分#%组$
即将导析方法示意图
引头对目标的截获事件=分为#%个子事件><$<’#’#
%$由于这#%个事件是不相关的$因此$对于每一个事件$截获事件=的条件概率相等$即6!=%><"’6!=%>?"
’#%#%&由图形描述法计算每一组发射条件的截获概率6!><"$<’#’#%$则根据全概率计算公式得到截获事件=的概率为#
6!="’6!=%>#"6!>#"16!
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$!导引头截获概率的计算算例和
分析
以导弹迎头探表D!导引头对目标的
测距离&4F1X
’截获概率!原始"
#%MF$
目标速度#)初始发导引头中制导时’$
U%F%8$目标机射距离截获概间比重
动加速度=)’!MF"率!Z"%8
%%;!Z"#!A$导弹%目标速##’%’度比#+%#)’"%U#!WU#$为例&交接班时间
#TWT!T采用原始方法$导
#&
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近距空空导弹中末制导导引头交接班策略及截获概率研究
"卷第#期!第!近距空空导弹中末制导导引头交接班策略及截获概率研究!张!科等
)U#$)
引头对目标的截获概率结果见表#!
在相同技术指标下!交接班时间采用改进后方法计算"导引头对目标的截获概率结果见表!!
#!结论
文中采用的中制导方法"以及交接班的算法"经初步研究表明是可行的"实现方法简单"便表’!!以导弹迎头探!导引头对目标的
测距离截获概率!
改进后"&4F1X’初始发导引头中制导时#%MF"目标速度#)射距离截获概
间比重
’&
U%F%8"目标机#MF$率#Z$P动加速度=)6%PB#Z$’#!A"###%%!$导弹%目标速度比#!#%%TT#+%#)’&%T为例!#T#%%TW交接班时间采用改#&’WO$U&T进后的方法"导引头#U’UO&#&$#"
’TO&$
U%
对目标的截获概率结果见表T!
表E!导引头对目标的
从截获概率的计算截获概率!改进结果可以看到"不同后例子"
的交接班计算方法初始发导引头中制导时对截获概率的影响射距离截获概
间比重
很大"
在保证中制导#MF$率#Z$P6%PB#Z$时间比重的条件下"###%%!$
适当缩小边界条件
#!#%%TU#T’$O""TW推迟交接班时刻"可#&
W&O’"
&T
以提高导引头的截获概率!
目标在加速度不变的情况下"速度大时"目标的转弯半径大"在相等的时间内机动域宽度小"容易截获!当目标速度变小时"目标的转弯半径变小"在相等的时间内机动域宽度增大"截获就比较困难!
上述结果是在目标机动加速度#!A的情况下得到的"
目标加速度减小可以提高截获概率"增大发射距离!如果考虑到导弹进入角条件"在较小的进入角时"导弹的发射距离会比较大!
万方数据
于工程上的应用!文中没有涉及干扰"噪声和制导设备误差对截获概率的影响"因此采用蒙特卡罗方法或其它方法进一步研究制导系统性能是十分必要的!
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