空空导弹制导控制系统

空空导弹制导控制系统2014-12-16ASRAAM一、概念：是一种携带战斗部，依靠自身动力装置推进，由制导系统导引控制飞行航迹的飞行器。导弹空空导弹从载机上发射攻击空中目标的导弹。空空导弹拦截示意图（空空导弹制导与控制问题研究--张研2013）两种主要的制导方式（1）：1.红外制导2.雷达制导二、空空导弹的发展历史(2)(3)：起源：1944年，德国X-4有线制导空空导弹第一代：40-50年代，攻击亚音速目标，尾追式攻击，破片式战斗部，被动红外制导美国：AIM9B（响尾蛇）第二代：50-60年代，超音速目标，尾追式攻击，连续杆式战斗部，半主动雷达制导前苏联：AA-6（毒辣）第三代：60-80年代，攻击具有抗电子干扰能力的目标。远程：复合制导；中程：多普勒雷达制导；近程：主动红外制导美国：AIM-54A（不死鸟）；法国：R550（魔术）第四代：80年代至今，采用最优控制、矢量推力控制、红外成像识别技术等现代先进技术，能全方位攻击目标。俄罗斯：AA-10；法国：MICA（米卡）；英国：ASRAAM第五代：90年代末至今，尚处于研制阶段。将具有大离轴发射、超视距攻击、对空对地双用等特点。美国：T3(终结者3)三、导弹攻击的三个阶段初制导：前半球攻击：悬挂支架调节or载机姿态调节后半球攻击：敏捷转弯中制导：（发射后不管）导弹完成初制导后，载机或地面控制中心不再与导弹通信。可以降低被侦查的危险。末制导：主动控制律导弹进入主动攻击范围，自动追踪并击毁目标。敏捷转弯示意图（空空导弹敏捷转弯控制方法研究--闫亮2013）四、制导控制系统5种坐标系(右手直角坐标系)(4)：惯性坐标系（北天东坐标系）：原点：取为载机起飞点Xn：北向；Yn：天向：Zn：东向弹体坐标系：原点：导弹质心Xb：导弹轴线方向；Yb：在弹体纵向对称面内，与Xb垂直；Zb：垂直于Xb-o-Yb弹道坐标系：原点：导弹质心Xd：轨迹切线方向；Yd：包含Xd的铅直平面内，与Xd垂直；Zd：垂直于Xd-o-Yd速度坐标系：原点：导弹质心Xv：轨迹切线方向；Yv：在弹体纵向对称面内，与Xv垂直；Zv：垂直于Xv-o-Yv视线坐标系：原点：导弹质心Xs：导弹与目标连线；Ys：垂直于Xs-o-Zs；Zs：在惯性坐标系水平面内，与Xs垂直四、制导控制系统5种坐标系的转换图(4)：坐标系转换关系（空空导弹制导与控制问题研究--张研2013）四、制导控制系统坐标系转换公式(4)：坐标系转换关系（空空导弹制导与控制问题研究--张研2013）四、制导控制系统空空导弹控制系统简图(5)（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）12四、制导控制系统4.1弹体动力学模型4.2弹体运动学模型质心的动力学方程(4)四、制导控制系统4.1弹体动力学模型4.2弹体运动学模型绕质心转动的动力学方程(4)四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）123四、制导控制系统4.3惯性测量组合模型速率陀螺：测角速度加速度计：测线加速度捷联惯导系统(6)缺点：测量的线加速度通过2次积分得到导弹位置信息。因此位置误差将以3次方增长。将测量回路简化为二阶环节，采用经典控制理论。得到弹体坐标系中的角速度和线加速度，通过坐标变换折算到惯性坐标系。四、制导控制系统4.3惯性测量组合模型捷联惯导的改进：采用GPS+捷联惯导的复合惯导系统其核心是卡尔曼滤波器，用线性最小方差下的最优估计来修正位置信息。利用GPS的位置信息L1和不确定度a1，以及捷联惯导系统的位置信息L2和不确定度a2，得出卡尔曼增益Kg：进而得到下一步最优估计的估计值L和不确定度a：222122Kgaaa)(121LLKgLL22)1(aKga缺点：要求卫星参与，控制系统复杂，多用于洲际导弹。四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）1423四、制导控制系统4.4目标及载机的运动模型载机的运动特性：实时可测，并且可控。目标的运动特性：假定目标之后不做机动数据链反馈，实时修正导弹航迹1.只能测得某时刻的运动状态。2.可以监测任意时刻的运动状态。四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）14235四、制导控制系统4.5弹目相对运动学视线在惯性坐标系中的方向余弦(4)：视线在弹体坐标系中的方向余弦(4)：视线角(4)：四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）142356四、制导控制系统4.6数据链模型前面提到，在导弹发射出去后，如果目标进行机动，可能会脱靶不中。这是“发射后不管”的中制导过程面临的问题。解决办法采用数据链模型，实时将目标状态反馈给导弹，修正弹体轨迹。缺陷：在中制导过程中与导弹通信可能会暴露己方位置(7)。四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）1423567四、制导控制系统4.7导引头模型在数学上，导引头就时空信号是一个处理器。通过整合来自弹目相对运动状态的信息，得出制导律。采用最优控制理论推导：二次高斯（LQG）理论设计：一般将二次型性能指标选为最短拦截时间或末端速度最大。制导律：四、制导控制系统空空导弹控制系统简图（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）14235678四、制导控制系统4.8舵机系统执行机构，根据制导律执行相应的动作。稳定回路采用俯仰/偏航/倾斜三通道独立控制系统。俯仰/偏航通道：结构相同，主要实现要求的导弹过载并维持弹体的稳定,采用积分型控制规律。倾斜通道：角稳定系统,并稳定弹体的转动角速度,采用比例+积分型控制规律。五、仿真结果拦截条件(5)：弹目相对距离导弹姿态角（中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究--宋龙任章2006）六、参考文献(1).空空导弹红外导引头技术发展趋势及关键技术_刘珂_2011(2).BTT导弹的发展现状与趋势_张靖男_2006(3).空空导弹敏捷转弯控制方法研究_闫亮_2013(4).空空导弹制导与控制问题研究_张研_2013(5).中远距空空导弹制导控制系统建模与仿真研究_宋龙，任章_2006(6).先进中距雷达型空空导弹武器火控系统设计中若干问题的探讨_吴兆欣_1996(7).一种新的防空导弹制导方案设计_李辉，何友，唐小明，宋杰_2011ThankYou！