导弹动态可拦截区基于目标机动策略的计算.pdf
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1、总第347期1引言随着现代战争模式逐渐向着高技术、信息化、远程控制方向发展,空中武器的使用愈加频繁,各国对武器的精确性和实时控制性有着越来越高的要求1。在面对敌方来袭目标飞行器时,空空导弹的拦截是防御系统的重要组成部分2,能有效提高自卫飞机或友军目标的生存能力,在导弹群协同一体化拦截对方多飞行器目标时,可以依照每个拦截弹的动态可拦截区实时在线地分配拦截目标,对集群的目标分配有重大意义3。因此,对空空导弹的拦截特性动态可拦截区的研究有着非常重要的意义4。计算可拦截区时,综合考虑到各种因素。第一,导弹自身的参数,例如导弹的结构参数、发动机特性、气动特性、导弹机动能力5。第二,导弹和目标之间关系,例
2、如导弹与目标的相对位置、目标特性、目标的速度矢量、目标的机动能力6。第三,外收稿日期:2022年11月8日,修回日期:2022年12月17日作者简介:冯开,男,硕士,研究方向:飞行器动力学与控制。南英,男,博士,教授,研究方向:飞行力学与控制、飞行器设计与飞行仿真。王昕,男,硕士,研究方向:飞行力学与控制。晁泽睿,男,硕士,研究方向:飞行器任务规划。导弹动态可拦截区基于目标机动策略的计算冯开南英王昕晁泽睿(南京航空航天大学自然控制实验室南京211100)摘要为能在飞行器的攻防对抗中快速精确地拦截动态目标,需要对导弹的射后动态可拦截区进行求解。论文解算导弹可拦截区边界点时,在平移数值算法的基础上
3、,提出一种导弹可拦截区的实时快速高精度拟合方法,将每次平移的数值基于脱靶量来确定,提高了仿真计算速度。考虑到实际战场上的随机干扰,针对目标突防机动的多种典型的飞行轨迹,都能进行动态、实时、有效的拦截,并可以实时动态地更新记录可拦截区的边界与导弹各项数据。仿真数据结果表明,该方法得到的导弹射后可拦截区与实际计算结果误差较小,具有很大的工程应用价值。关键词机动突防;导弹动态可拦截区;攻防对抗;飞行器拦截中图分类号E927DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.009Analysis of Missile Dynamic Interceptible Zone Bas
4、ed on theCalculation of Target Maneuver StrategyFENG KaiNAN YingWANG XinCHAO Zerui(Natural Control Laboratory,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing211100)AbstractIn order to intercept dynamic targets quickly and accurately in the attack and defense confrontation of aircraft,it i
5、snecessary to solve the dynamic interceptable zone of missile after firing.In this paper,a real-time,fast and high-precision fittingmethod of missile interceptable zone is proposed based on the translation numerical algorithm when solving the boundary points ofmissile interceptable zone.The value of
6、 each translation is determined based on the miss distance,which improves the simulationspeed.Considering the random interference in the actual battlefield,various typical flight trajectories of target penetration maneuvercan be intercepted dynamically,real-time and effectively,and the boundary of t
7、he interceptable area and various missile data canbe dynamically updated and recorded in real time.The simulation results show that the error between the interceptable zone obtainedby this method and the actual calculation results is small,which has great engineering application value.Key Wordsmobil
8、e penetration,missile dynamic interceptor zone,offensive and defensive confrontation,aircraft interceptionClass NumberE927舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 347 期2023 年第 5 期Vol.43 No.540舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期部随机因素的干扰,例如,随机风场干扰、各系统中的随机误差和控制误差7。空空导弹的动态可拦截区是导弹在拦截过程中实时可拦截的范围2,与传统的射后可拦截区相比,具有实时性、高效
9、性、准确性、适用性等多种优势8。传统算法计算可拦截区包括二分法或黄金比例法等9,运算量较大,周期较长,运算速度受到限制,很难实时满足战场瞬息万变的局势10。本文采用一种基于脱靶量的平移数值算法,大大减少了计算量,提高了计算速度11,可以做到快速并高精度地优化可拦截区的边界12。并且在拦截各种目标时,针对不同机动方式的目标,分别计算出其可拦截区的内外边界进行对比13。可以看出该方法计算可拦截区,具有实时、在线、快速等特点的同时14,对不同类型目标都可适用,具有很强的普适性15。2问题描述空空导弹的动态可拦截区是指空空拦截导弹发射后,沿自身弹道飞行过程中,在发射tM时间后,在诸多外部限制条件下,能
10、够有概率命中目标的区域,即:Rmax=Rmax(hvvnTN1N2N3.)|t=tMRmin=Rmin(hvvnTN1N2N3.)|t=tMLmax=Lmax(hvvnTN1N2N3.)|t=tMDmax=Dmax(hvvnTN1N2N3.)|t=tM(1)其中,()RmaxRminLmaxDmax|t=tM分别表示空空导弹射后tM时刻可攻击区的外边界、内边界、左侧边界、右侧边界;()hvv|t=tM分别表示空空导弹沿着自身弹道飞行tM时间后的所在高度,飞行速度,轨迹偏角,轨迹倾角;(nT)|t=tM表示机动目标沿 着 自 身 弹 道 飞 行tM时 间 后 的 机 动 过 载;N1N2N3.为
11、其他限制条件,如目标飞行器的机动类型、目标飞行器的最大机动过载、导弹最大可用过载、导弹推进系统、风场作用力的影响及系统中其他的干扰因素等。机动目标有其自身的突防对策,即机动过载nT随时间的变化策略。本文主要研究机动目标的突防对策对拦截该目标的空空导弹的动态可拦截区各边界()RmaxRminLmaxDmax的影响。3数学模型3.1拦截导弹的运动学与动力学模型对于导弹3自由度的运动方程,主要描述的是导弹的质心运动状态,主要考虑气动力、推力以及重力等。在讨论导弹绕质心的运动特性或对称姿态运动时,一些次要因素是可以忽略的,如地球自转、扁率、地球半径的变化等。给出导弹一般运动方程组如下:dxmdt=Vm
12、cosmcosvm(2)dymdt=Vmsinm(3)dzmdt=-Vmcosmsinvm(4)式中:()xmymzm分别表示导弹位置的经度、高度、纬度;()Vmmvm分别表示导弹飞行时的速度、弹道倾角、弹道偏角。3.2制导律模型拦截导弹的制导律采用比例导引法,在速度坐标系中,利用式(5)(7)可以计算出拦截导弹在导弹速度坐标系的指令加速度:axv=n1|r qxv+kmaTxv(5)ayv=n2|r qyv+kmaTyv(6)azv=n3|r qzv+kmaTzv(7)式中,n1,n2,n3,km是比例系数;r是拦截弹与目标相对距离对时间的偏导数,即拦截弹与目标之间的相对速度;qxv,qyv
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