反舰导弹最优滑模制导律仿真研究
冯志刚,杨希祥
(国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073)
摘 要:针对传统比例导引法攻击机动目标的不足,建立了三维空间中反舰导弹和目标的相对运动模型,在研究反舰导弹攻击非机动目标的最优制导律基础上,利用俯仰和偏航两个平面相叠加的方法,结合滑模控制理论设计了工程上易于实现的三维模型下的反舰导弹最优滑模制导律。仿真结果表明,给出的导引律在攻击机动目标时制导精度高、脱靶量小,导引控制过程具有良好的动态性,性能明显优于传统的比例导引律。
关 键 词:反舰导弹;最优制导律;最优滑模制导律
中图分类号:TJ765 文献标识码:A 文章编号:1002-0853(2007)03-0038-04
引言
反舰导弹是现代海战的主要攻击性武器,选择合适的末制导律是实现其精确制导的重要因素。目前应用比较成熟的反舰导弹末制导律是比例导引(PN)及其改进形式。比例导引在攻击非机动目标时具有非常好的性能,但在攻击大机动目标时可能产生很大的脱靶量。文献[1]研究了反舰导弹的一种最优末制导律,这种导引律一定程度上可以克服这一缺点,但其导引控制过程的动态性较差;文献[2]研究了一种抗干扰的反舰导弹修正比例导引律,可以有效克服诸如导弹初始干扰、阵风干扰等;文献[3]研究了一种变系数的反舰导弹修正比例导引律。上述研究都是以反舰导弹在末制导段做超低空掠海飞行为背景,忽略其纵向平面运动的条件下进行的,而随着现代海战对反舰导弹低空突防能力要求的提高,必须对其俯仰平面的运动也进行有效导引。
1 反舰导弹-目标相对运动模型
研究导弹的导引弹道时,一般采用导弹与目标的相对运动方程来描述,反舰导弹与目标在三维空间的相对运动几何关系如图1所示。其中,Oxyz为
由仿真结果可以看出,在攻击机动目标时,与比例导引律相比,最优滑模制导律对目标有很好的跟踪能力,导引控制过程具有良好的动态性,同时具有足够的制导精度,导引过程所用时间较短。另外,由控制指令的表达式可以看出,实际使用中只需测得相应的目标视线角速度即可,工程实现比较简单,因而是一种比较理想的导引律。
4 结束语
本文从三维空间反舰导弹和目标的相对运动模型出发,利用俯仰和偏航两个平面相叠加的方法,结合滑模控制理论,设计了工程上易于实现的三维模型下的反舰导弹最优滑模制导律,仿真结果表明所给出的导引律在攻击机动目标时性能明显优于传统的比例导引律。需要指出的是,将俯仰和偏航两平面相叠加的研究方法只适用于传统的STT(skid-to-turn)导弹,而对于新型的推重比很大的BTT(back-to-turn)导弹,由于其俯仰、偏航、滚动三通道耦合非常强,不能用此方法进行研究[6];在研究过程中,把导弹看作了瞬时反应质点,实际上,导弹存在惯性与阻尼,导引系统也存在一定的时滞;最优滑模制导律控制系统的抖振问题也需要更好的克服,这都是在下一步研究中需要解决的问题。
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