关于导弹制导规律的发展过程及重要意义

王博翰 吴斌双 朱尔隆 朱烨森

(大连理工大学,辽宁大连 116024)

关于导弹制导规律的发展过程及重要意义

王博翰 吴斌双 朱尔隆 朱烨森

(大连理工大学,辽宁大连 116024)

导弹制导规律即导引规律是指根据导弹和目标的运动信息,制导导弹按照一定的飞行轨迹去拦击目标的规律,导引规律所要解决的问题是导弹拦击目标的飞行弹道问题,它是导弹火控关键技术之一。本文主要就导弹导引律的研究历史和现状展开,介绍了导引律的发展过程及意义。

导弹制导规律 导引律 制导

1 研究背景及意义

导弹制导规律即导引规律是指根据导弹和目标的运动信息，制导导弹按照一定的飞行轨迹去拦击目标的规律，导引规律所要解决的问题是导弹拦击目标的飞行弹道问题，它是导弹火控关键技术之一。选择不同的导引律直接决定导弹能否精确打击目标，它根据弹目双方的相对位置、速度和加速度等基本物理量，导引导弹不断靠近目标，最终实施攻击。由于目标的移动往往难于预测，因此针对移动目标的攻击导引技术是导引律研究的重点，为此人们采用了不同的理论和方法研究了针对移动目标的导引律，尽量提高导引性能。并且导弹武器系统的杀伤效果好与差主要取决于导弹弹头的装药量和导弹的制导精度，为提高导弹命中精度而设计合适的导引律尤其关键。为了适应现代战争的需要，经过几代人坚持不懈地努力与奋斗，在形式和内涵上比例导引律都在不断发生深刻的变化和革新。

2 导引律的研究现状

历年来提高导弹制导精度一直都是人们坚持不懈为之奋斗的目标，在将来空战中要拦截大空域、高速机动飞行的目标时，导引律很大程度上可以决定战斗走势，将发挥十分关键的作用。导弹能否避免脱靶取决于导弹制导规律即导引律的设计，而导引律的设计需要综合考虑与衡量导弹的过载能力、作战半径、脱靶率、技术改进、制导设施、战术应用等多方面。尽管目前已经提出了许多如最优制导律、自适应制导律、微分对策及神经网络制导律等现代制导规律，在战术导弹制导系统中真正使用的基本全是古典制导律，在实际作战应用中理论相对成熟的比例导引及其变体得到大规模应用。下文主要介绍比例导引及其改进形式的研究现状。

2.1 比例导引

比例导引律是最早出现的导引律，由于该项目的优势在于易于实现的，几十年来一直被广泛用作舰载机的跟踪，导弹拦截器和飞船对接。相对其他各种复杂的导引律而言，比例导引对移动目标的准确信息要求较低，这样就能减少机载传感器和制导系统的产生的误差积累，来提高系统的可靠性和抗干扰性。鉴于比例导引的重要性，在轨道拦截性能指导人们作了大量的分析和研究。

比例导引(PN)是在战术导弹(包括防空导弹)应用中非常广泛的寻的导引律。根据控制命令加速度不同的参考方向，比例导引法，大概分为三种：一种是以跟踪速度矢量为参考标准：纯比例导引(PPN)；第二种是跟踪和瞄准视线的基准点之间的线路：例如真比例导引律(TPN)和广义比例导引律(GPN)；第三种是以导弹和目标的相对速度的参考基准：例如理想比例导引(IPN)等。比例导引律经过多年来许多专家学者的努力改进，它在形式的变化和意义都发生了许多创新。

2.2 改进的比例导引

由于战争目标机动能力强，人们为改进比例导引律的导引性能，来满足严峻的环境干扰条件和高命中率和高杀伤力的要求，在比例导引律改进方面做出了很多努力。有偏比例导引是用来改进纯比例导引的另一种形式。由于引入了一个额外的参数(即速率偏差)，这种有偏的比例导引可能用更小的控制量来实现预先给定的拦截。这是用控制火箭来产生横向控制力的大气层外运行的一个重要优势，总的控制量(即横向合力)确定控制发动机的燃料要求。

考虑推导出的运动基于线性的相对运动方程的解析解的方程的空间终端拦截的情况下，从本导引律所计算出的解析解与非线性方程的数值解来看，它们的仿真结果是相同的，并且可以不用分析最优制导的复杂结构。文献对于这个特殊的使命，以拦截战术导弹，分析面临的制导律设计上的缺点和比例导引法的一个新问题，为了解决这一问题，增加了目标导弹的机动加速度和轴向加速度等参数，比例导引律进行了改进，并且优化了各种参数。通过仿真发现这种导引律下导弹不但具有合理的过载分布方式，而且导引律结构表达式简单，有很强的实用性。文献给出了一种控制能源消耗最小的最佳性能制导律，并为了满足一定的跟踪垂直入射碰撞点要求，并且给出修订后的垂直平面的攻击点。

2.3 三维比例导引研究现状

例如，李雯雯 针对机动目标，在三维空间下建立了导弹-目标追逃运动模型，设计了增广比例导引律。Gurfil等提出了一种类似比例导引的新古典主义制导律，只需要知道视线转率信息，就能够以优于比例导引的特性，零脱靶量拦截高机动目标。Tyan分析了三维普通理想比例导引律(GIPN)的捕获区域，使用固定在自然坐标系下的视线角和三个改进的极坐标变量，使得导弹和目标之间的相对动力学方程不含有三角函数，从而易于分析当目标和导弹有界机动时的捕获区域。Prasanna和Ghose提出了一种新的比例导引律，可以拦截比拦截器的速度大的目标，典型的场景就是拦截弹道目标；与传统比例导引律相比，新型比例导引律以大的拦截时间为代价，能够以较小的终端纵向加速度拦截高速目标。Tyan采用了改进的极坐标系来描述导弹和目标的相对运动，将已有的二维空间的几种比例导引律IPN、TPN和PPN扩展到了三维空间。以上导引律虽然有些在导弹和目标运动模型上进行了改进，有些对目标机动进行了考虑，从而获得了一定的制导精度。

3 导引律的发展方向

面对弹目追击问题的日益复杂化，制导方程也逐步呈现出强干扰、强不确定性和强非线性的“三强”特点。这对末端导引律的设计也提出了很大挑战，在简要分析了目前导引律研究现状的基础上，可以窥见未来的末制导研究正在或将会呈现出以下趋势：首先，研究维度逐渐从二维平面扩展至三维空间，这样更加趋近于弹目追踪的真实情况；日益将俯仰和偏航通道的耦合问题作为研究的重点，而且不再局限于目标做非机动或有限机动飞行的假设。未来交战的复杂性势必要求目标具有大机动、强规避的能力，且由于测量的误差和空气动力的变化，制导问题将会受到剧烈的干扰和不确定性的影响，如何应对这一趋势也是制导律研究的重要方向。再次，不再单一采用基于碰撞点附近线性化的方式进行研究，逐步将非线性的本质问题引入设计之中，且更加注重经典导引律、现代导引律和非线性导引律的结合使用。最后，将逐渐突破导引问题和控制问题的隔离式研究，未来的导引律会考虑将控制部分的动特性和末端姿态要求等各项指标添加至设计当中，从而实现导弹制导、控制的一体化设计。

[1]顾从标,汤庆钊,胡刚.精确制导武器对现代战争的影响[J].飞航导弹,2006.

[2]周卿吉,许诚.微分对策制导律研究的现状及展望[J].系统工程与电子技术,1997.