一种大气层内拦截弹自适应滑模制导律研究
摘 要:针对大气层低空动能拦截弹,结合导引头测量信息特点,设计了一种对付机动目标的自适应滑模制导律,并利用模糊控制理论,给出了消除抖动的方法。在此基础上,通过仿真计算研究了对螺旋机动弹道目标的拦截能力,结果表明该制导律能较好地抑制相对视线转率,同时可以基本消除由于目标机动所引起的制导律抖动现象,脱靶量满足直接碰撞的要求。
引言
新型大气层内动能拦截弹普遍采用直接碰撞方式摧毁目标,这需要很高的制导精度,而目标弹头为提高生存能力,会采用多种机动方式进行突防,其中以螺旋机动方式效果最为理想,从而大大增加了拦截难度。传统的比例导引以相对视线转率为制导信息,在目标不机动的情况下有很高的制导精度,当目标机动时会产生较大的脱靶量,难以实现直接碰撞[1]。为克服比例导引这一缺点,二次型最优控制理论被应用到制导律设计中,该方法理论上可获得相比比例导引更好的性能,但是需要相对距离、相对速度以及目标加速度等信息。这些信息往往需要通过复杂的滤波算法得到,不仅大大增加了计算量而且精度较差,加上最优制导律对信息误差相当敏感,所以很少用于实际问题。近年来,滑模变结构控制理论广泛应用于制导律设计中[2,3]。这种制导方法只需要相对视线转率信息,并且对外部干扰和系统参数摄动具有强鲁棒性[4],因此非常适用于带主动雷达导引头的大气层内动能拦截弹,但是保持在滑动模态要求系统具有快速切换能力,会产生不可避免的抖动,不利于弹体的控制。
本文以PAC-3拦截弹为背景,基于相对视线转率,给出一种具有自适应性的拦截末段滑模变结构制导律,并利用模糊控制理论研究消除抖动的方法。
在此基础上,通过仿真计算分析了该制导律在对付螺旋机动弹道目标时的拦截效果。
1 拦截末段滑模制导律
大气层内拦截弹一般装有主动雷达导引头。在拦截末段可提供相对距离、相对速度、视线角和视线转率信息,通过滤波可近似得到视线转率变化率。
选取目标视线坐标系作为研究拦截弹和目标相对运动状态的基准坐标系,由拦截弹和目标相对运动参数可得视线转率计算公式如下:
4 结束语
本文基于大气层内拦截弹末段导引头测量信息特点,推导了一种自适应滑模制导律,并利用模糊控制理论研究了该制导律消除抖动的方法。仿真结果表明,对于螺旋机动弹道目标,该制导律经去抖处理后,既具有更高的拦截精度,同时又能基本消除弹体抖动,具有较高的实际应用价值。
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