视频制导炮弹下滑段攻角及其对制导修正的影响研究

侯明，戴学谦，毕嗣民

（1.海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266000；2.92635部队，山东 青岛 266000）

视频制导炮弹下滑段攻角及其对制导修正的影响研究

侯明1，戴学谦2，毕嗣民1

（1.海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266000；2.92635部队，山东 青岛 266000）

建立了视频制导炮弹六自由度弹道模型，分析了在惯性下滑段攻角对视频制导炮弹制导修正的影响，以MATLAB为平台，在某射击条件下对惯性制导下滑段弹道进行了仿真计算，获取了攻角的变化规律，以及攻角对制导修正在距离和方向上造成的误差，提出了通过修正平衡攻角的方法来减小攻角误差，为提高视频制导炮弹的制导精度提供了理论依据。

视频制导炮弹；攻角；弹道方程；制导

1 概念与综述

视频制导炮弹是一种全新概念的精确打击弹药，它通过弹载电视导引头获取目标区图像，并将图像信息以无线方式传输给地面控制站，地面控制站根据图像中心与目标中心的距离和方向的偏差关系计算修正量，并发出制导指令，弹上接收机接收制导指令，驱动舵机运动，调整弹体姿态，直至命中目标。

由于攻角的存在，弹丸的速度方向与弹轴方向不一致，即仅根据电视图像所获取的修正量存在较大误差，因次，建立视频制导炮弹的弹道方程，求出攻角及其产生的距离和方向偏差，获取精确的修正量，对提高视频制导炮弹的制导稳定性和精度具有十分重要的意义。

2 视频制导炮弹刚体弹道模型

在分析作用在视频制导炮弹上的力和力矩基础上，建立视频制导炮弹标准条件下的刚体弹道模型，如式（1）。

模型中各参数的算法和符号同文献[5]。

3 攻角对制导修正的影响仿真与分析

由于攻角的存在，依据视场进行的修正必将带来距离误差xΔ和方向误差zΔ，xΔ和zΔfalse可由弹道倾角θ、攻角的垂直分量α(弹轴在速度面内的投影与速度方向的夹角)和水平分量β换算得出，图1是攻角引起的距离误差xΔfalse和方向误差zΔ的示意图。

图1 攻角引起的距离和方向误差

由图1可知：

根据视频制导炮弹刚体弹道模型，取初速V0=395m/ s，射角=35°进行弹道仿真，得到了视频制导炮弹下滑段攻角的垂直分量和水平分量β，如图2、3所示。

图2 下滑段攻角的垂直分量α

图3 下滑段攻角的水平分量β

从图中可以看出：

（1）在惯导工作初期，攻角变化较大，经短暂过渡后，攻角趋于稳定，且围绕某一值上下振荡，说明存在平衡攻角。

（2）攻角在铅直方向的分量是主要的，因此在距离方向上造成的视场偏差和修正是主要的。

根据式（2）仿真计算得出距离误差xΔ和方向误差zΔ，如图4、5所示。

图4 距离误差xΔ

图5 方向误差zΔ

由公式（2）或图4、5中可以看出：

（1）在惯导开始工作阶段攻角波动比较剧烈，所以造成的误差变化也比较剧烈，因此电视制导的开始工作时间选择在攻角的稳定时期。

（2）弹道越高，距离误差和方向误差越大，且误差随着炮弹的下滑不断减小，在攻角稳定期，距离误差在300左右，在修正时需要考虑α的影响，方向误差在±10之间，在修正时β的影响可以忽略不计。

（3）在惯性下滑段α引起的距离误差是主要误差，在制导修正时考虑距离误差的影响，可以提高舵机效率和视频制导炮弹的制导精度。

4 攻角误差的修正

由于攻角的垂直分量α引起的误差为主要误差，所以对攻角误差的修正主要是修正α，根据前面分析可知，在惯性下滑段存在平衡攻角，因此可以采用修正平衡攻角的方法来修正攻角误差，设在惯性下滑段存在平衡攻角α＇，根据惯性下滑的原理可知，在惯性下滑段由于升力用于平衡重力的法向分量，所以有：

S——弹丸最大横截面积。由于惯性下滑段的速度、倾角基本为一恒定值，所以，对不同的弹道，公式（3）中带入不同的落角θ和落速V，就可以计算出不同条件下的α。

在电视末制导段，当地面控制站计算舵机控制指令时，可以采用修正α的方法来修正攻角误差。

5 结语

攻角是影响视频制导炮弹制导精度的重要因素之一，在电视制导修正中减小攻角的误差，可以减小弹体响应过渡过程的法向过载和过渡时间，提高炮弹的机动性。

通过仿真计算和分析可知，攻角的存在对电视制导的修正造成距离和方向两方面误差，特别是对距离产生误差较大，而且攻角在惯导开始时期变化较大，不适合进行电视制导，电视制导应在攻角稳定后开始，而且在惯性下滑段通过修正平衡攻角的方法来减小攻角引起的误差。

[1]钱立志.信息化炮弹技术[M].北京：解放军出版社，2006.

[2]宋丕极.枪炮与火箭外弹道学[M].北京：兵器工业出版社，1993:46254.

[3]钱杏芳，张鸿端，林端雄.导弹飞行力学[M].北京：北京理工大学出版社，1987:1662169.

[4]赵庆岚，宋卫东，鲁飞，等.有风条件下末制导炮弹弹道模型研究[J].工程设计学报，2008,15(5):373～377.

[5]唐成荣，宋卫东，许芹祖，等.某型激光末制导炮弹六自由度弹道仿真[J].科学技术与工程，2010,10(26):6453～6456.

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1671-0711（2016）12（下）-0172-02