制导弹药精确导引技术研究

发布时间：2020-07-22 21:04

【摘要】：本论文从制导弹药对精确导引技术的需求出发,以传统制导律的对比、偏置比例导引律和变增益比例导引律的理论研究及工程化应用为重点研究内容,开展了全面系统地研究工作,可为我国精确制导弹药的研制提供一定的理论依据。论文总结了国外先进精确制导弹药的发展现状及趋势,概括了当前传统制导律、多约束制导律的发展及有待进一步深入研究的问题。通过构造包含相同制导系统动力学的比例导引、速度追踪和积分比例导引的线性化模型,全面对比研究了三种制导律在不同误差作用下的制导精度。研究表明:当末制导时间充足时,所有确定性误差对比例导引(N≥3)和积分比例导引(N≥2)的制导精度的影响可以消除,对于速度追踪制导系统的导引头零位误差的影响难以消除;当末制导时间充足时,随机性误差对制导精度的影响难以消除,且随机性误差作用下的比例导引和积分比例导引脱靶量相同,均大于速度追踪脱靶量。研究了对固定目标的开环偏置比例导引律,利用弹目相对几何运动学推导出需用偏置积分量与期望落角间的函数关系;利用弹道的相平面轨迹曲线图给出了偏置比例导引的稳定域;对比研究了偏置比例导引与弹道成型制导律。弹道仿真及工程应用分析表明:尽管偏置比例导引的过载及视场角需求均大于弹道成型制导律,落角精度略低于弹道成型,但偏置比例导引执行不需要剩余飞行时间信息、实时弹目视线角信息,大大降低了对硬件需求,因此前者更适用于低成本化制导弹药对固定目标的落角约束问题。研究了用于地面匀速运动目标的开环偏置比例导引律和闭环偏置比例导引律。研究表明:当目标匀速运动时,开环偏置比例导引律可以实现对目标的落角约束;相比于开环偏置比例导引律,闭环偏置比例导引律表现出更好的抗干扰能力,尤其抗目标机动干扰。研究了基本的变增益比例导引律,从理论上证明了变增益比例导引实现大落角的可行性,并给出了变增益比例导引弹道过载及视场角需求的一般性规律。深入研究了一种通过将中导导航比取为1来同时实现落角与视场角约束的变增益比例导引。研究表明,这种制导律可以在增大落角的同时满足视场角约束,若初始目标视角较小,但由于不能充分利用导引头视场角资源,将使得这种制导律的落角能力严重下降。研究了一种考虑视场角及过载双重约束的变增益比例导引律。利用理论推导出的落角约束下导航比与过载、视场角约束的函数关系,针对不同速度变化范围对应三种类型过载约束的情况,在均满足落角约束情况下实现了视场角及过载的双重约束。仿真表明,这类变增益制导律既可充分利用了弹道资源,又最大限度地挖掘了变增益比例导引律的落角能力。利用线性化模型,研究了变增益比例导引律的制导精度,分析表明,当末制导段时间充足且导航比大于等于3时,目标视角约束和导引头零位误差带来的不利用影响均可以消除。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ410
【图文】：

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第三代为先进红外成像制导技术，特点是采用中、长波，其标志性技术为采用凝视焦平面阵或扫描焦平面阵红外探测器技术[4]。1.2.1.1 红外点源寻的制导技术第一代被动红外寻的制导技术是将处于背景中的目标视为一个点源处理的技术，导引头从背景噪声中提取红外目标信号，导引头本质上是一种能量检测系统，目标、背景都是检测对象，它需要从空间、时间和光谱等方面经调制滤波后，提取目标信号。采用红外点源寻的制导技术有代表性的型号为美国响尾蛇 AIM-9 近程空空导弹，见图 1.1(a)。响尾蛇导弹采用发射前锁定，在导弹发射前启动导弹的红外位标器搜索目标，只有在红外位标器和锁定目标后才发射导弹。经过持续的改进和发展，响尾蛇空空导弹已经形成一个庞大的家族，其工作波段也从短波红外(1~2.5μm)扩展到中波红外(3~5μm)，从常温探红外测器发展到致冷红外探测器，信号处理技术也由模拟信号处理发展到数字信号处理，以 AIM-9L 为代表的型号最终达到了被动红外点源寻的技术的巅峰水平，见图 1.1(b)。

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北京理工大学博士学位论文1.2.1.2 红外成像制导技术作为第二代红外寻的制导技术，红外成像制导广泛用于空地、地地制导弹药。红外成像制导导弹多采用制冷多元线列探测器和旋转光机扫描相结合的方法，实现探测对空间二维图像的读出，利用串扫或串并扫体制，具有一定的抗干扰能力，可以实现发射前、发射后锁定。由于红外成像导引头体积、质量较大，一般用在口径较大的空地导弹中。采用红外成像制导技术的典型代表为美国 AGM-65D 小牛空地导弹以及红外型制导炸弹 GBU-15(V)32/B[5]。

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