基于目标视线角预测方法的制导律设计

郑博文

摘 要：为了达到提高制导系统精度、降低过载的目的，该文在传统制导方法的基础上增加了对目标历史运动数据的分析，从而生成目标视线角的预测值，修正制导律。该文首先进行了制导系统相对运动方程的建立，然后推导了直接力/气动力符合控制下的制导规律，在此基础上引入基于目标视线角预测方法的制导律，最后对该方法进行仿真验证。仿真结果表明基于目标视线角预测方法的制导律可以达到提高精度、降低过载的效果。

关键词：制导律 预测 修正 精度 过载

中图分类号：V324 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0012-03

目前的飞行器和目标的机动性都大大增强，过载不断增大，而且引入了直接侧力，因此目标轨迹可能出现快速变化，目标视线角也会出现快速变化，如果严格按照固定的制导律跟踪目标，则需要频繁调整速度矢量的方向，在需用过载较大的情况下还需频繁使用直接侧力，会大量消耗飞行器燃料，而且容易产生超调。该文对传统的制导方法进行修正，采用目标的历史运动数据预测目标运动，得到目标视线角的预测值，对制导律进行修正，以达到提高精度、降低过载的目的。

1 制导系统的相对运动方程

假设飞行器和目标的速度在同一平面内，得到该攻击平面内的制导系统的相对运动方程[1]：

其中，θ、θT分别为飞行器、目标速度矢量与通过飞行器与目标连线的铅垂平面的夹角；qv为目标视线与水平面的夹角；qh为目标视线在水平面内投影与基准线的夹角；σv、σTv分别为飞行器、目标速度矢量与水平面的夹角；σh、σTh分别为飞行器、目标速度矢量在水平面内的投影与基准线之间的夹角；ηv、ηTv分别为飞行器、目标速度矢量在通过飞行器与目标连线的铅垂平面内的投影与目标视线之间的夹角；ηh、ηTh分别为飞行器、目标速度矢量在水平面内的投影与目标视线在水平面内的投影的夹角。

2 直接力/气动力复合控制下的制导规律

3 采用目标视线角预测方法的制导律

由于目标做大机动飞行，因此目标轨迹可能出现快速变化，目标视线角q也会出现快速变化，如果飞行器严格保证速度矢量的角速度正比于目标视线角速度，则需要频繁调整速度矢量的方向，在需用过载较大的情况下还需频繁使用直接侧力，会大量消耗飞行器燃料，而且容易产生超调。

为此，修改比例导引法的制导律，引入对目标视线角变化率dq/dt的预测项（dq/dt）fore，制导律中的比例项是实际目标视线角变化率dq/dt与其预测项（dq/dt）fore的线性组合，如下式：

第一種方法是根据目标视线角变化率的历史数据预测当前时刻的目标视线角变化率；第二种方法是根据目标速度和位置的历史数据预测当前时刻的σTv、σTh，从而预测下一个采样时刻目标位置，获得目标视线角变化率的预测值。

对于目标运动规律事先不能确定的情况，对目标运动规律采用多项式进行拟合。

4 仿真结果

仿真条件为：飞行器初始位置为（0，0，0），目标初始位置为（5000，5000，5000），初始角度σv0=1/6·π、σh0=1/6·π、σTv0=7/6·π、σTh0=3/6·π，飞行器速度600 m/s，目标速度500 m/s。目标σTv、σTh的角速度叠加在±2π/s角速度范围内快速变化的变量。

仿真中第一种方法直接使用历史时刻的q拟合得到目标视线角变化率的预测值，第二种方法计算目标历史时刻的σTv、σTh值，拟合得到当前时刻σTv、σTh的预测值，从而预测下一个采样时刻目标位置，获得目标视线角变化率的预测值。不失一般性，取ε=0.5。

生成20组具有随机性的变量的值，进行20次仿真，结果如下：

图2中“普通”曲线是普通比例导引法，“预测1”曲线是根据目标视线角变化率历史数据预测当前时刻的目标视线角变化率的方法，“预测2”曲线是根据目标速度和位置历史数据预测下一个采样时刻目标位置，从而预测下一采样时刻的目标视线角的方法。

可见，对于脱靶量，采用目标视线角预测的制导方法在大部分情况下优于普通比例导引法。

可见，对于减少直接侧力启动次数，采用目标视线角预测方法的制导律相对于普通比例导引法有较大改善，见图3、图4。

综上所述，采用目标视线角预测方法的制导律可以达到提高制导精度、降低所需过载的效果。

5 结语

该文首先建立了三维空间内的制导系统相对运动方程，并引入了直接力/气动力的复合控制，在传统制导律的基础上通过直接预测目标视线角变化率以及根据目标速度和位置预测目标视线变化率两种方法，生成经过修正后的制导律。最后对该方法进行仿真验证，结果表明基于目标视线角预测方法的制导律可以达到提高精度、降低过载的效果。

参考文献

[1] Rafael Yanushevsky.现代导弹制导[M].北京：国防工业出版社，2013.

[2] 卢晓东，周军，刘光辉，等.导弹制导系统原理[M].北京：国防工业出版社，2015.

[3] 王宇航.基于ADRC的直接侧向力/气动力复合控制系统设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.