基于Simulink的导弹制导系统设计

吕梦圆 朱博点 张鑫恬

摘 要： 本文建立了三自由度导弹空间轨道数学模型，基于Simulink完成了该模型下的模块化制导系统的搭建，并以某型地对地导弹为仿真对象，对其打击过程进行了分析。

关键词： 三自由度模型；制导系统； 动态仿真；模块化设计

1 引言

在当今的武器系统研发与实验过程中，故利用仿真技术来加速设计流程，降低设计成本已经成为一项重要的手段。而MATLAB/Simulink是实现动态系统模拟建模、仿真的一个集成环境，可以较好契合此法中的各项要求。

2 制导系统模块化设计思想

根据一般设计流程，其模块化设计可分为三步：（1）根据制导系统的任务及功能，将其划分为若干个模块，并确定各模块间交互的信息流；（2）搭建各模块具体内容；（3）模块封装，闭合回路。

本文中，我将该系统划分为五个模块水平向运动学模块、竖直向运动学模块、初始参数计算模块、环境计算模块与中间参量计算模块。前两个模块即计算导弹飞行过程中两个垂直方向上的运动学参量；初始参数计算模块则赋给了该系统导弹的特性参数与发射参数；环境参数计算模块则是计算由导弹飞行高度和飞行速度的变化而造成的气动升力系数、气动阻力系数、重力加速度等在一定导弹型号下与外界环境有关的参数；中间参数计算模块则用于一些标志性变量的计算。

3 各模块化具体内容与仿真结果

由于本文的目的重点在于仿真制导系统的搭建与分析，而不是对于导弹飞行过程本身的研究，所以为了尽可能少的牽扯到一些诸如《导弹飞行动力学》等较为专业的知识，以下模块多对其飞行状态进行了一定的简化。

3.1 水平向运动学模块

本模块的设计根据实质上可认为是有阻力与推力的斜抛运动。根据相关文献显示，由于导弹的飞行时速度多大于2.5Mach，故认为导弹飞行全程空气阻力与速度的平方成正比，且阻力系数恒定。对于推力，设计时考虑到助推器的存在与导弹姿态调整的需要，故将力的大小分为三阶，每一阶的力均为定值，同时设定导弹俯仰角控制函数。

3.2 竖直向运动学模块

竖直向模块的设计与水平向设计相仿，只不过运动时要考虑重力，即环境参数变化所造成的影响。同时为了使导弹更加难以拦截，需要对导弹的水平与竖直方向上施加额外的姿态调整的力，具体表现为若干个时变函数。

3.3 初始参数计算模块

该模块主要是定义两类参数：一类是由指定的导弹型号可以得出的确定不变的参数，如导弹本体质量、导弹质量流量、风阻系数等；另一类是导弹在发射与飞行时的可变参数，如各阶推力、脱离飞行器时间、姿态角调整函数等等。

3.4 环境参数计算模块

本文虽然为了该制导系统搭建的简明性，只选取了重力加速度参数。一些复杂的环境参数，如高空气压，湍流等的添加与重力加速度参数的添加并没有太大的区别。

3.5 中间参数计算模块

此模块则在于一些中间变量的计算。在本文中，该模块便计算了导弹飞行时离地15Km时的飞行时间，并将其作为导弹飞行参数改变的时间点输送到其它模块。

参考文献

[1]高洪月. 弹道导弹的弹道设计与仿真[D].哈尔滨工业大学，2010.

[2]鲁中华. 导弹通用弹道模型建立及仿真验证[D].国防科学技术大学，2009.

[3]李瑜，杨志红，崔乃刚.助推-滑翔导弹弹道优化研究[J].宇航学报，2008（01）：66-71.