直/气复合导弹控制与制导方法研究

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随着空袭战术弹道导弹向着高速和高机动性发展,对拦截弹的敏捷性、命中精度提出了更高的要求。由于高空作战环境下导弹气动效率严重不足,气动力极易出现饱和,无法满足较快跟踪过载的需要。为了改善高空飞行状态下导弹的控制性能,考虑引入侧向推力辅助气动力对导弹进行控制。本文以大气层内高空拦截导弹为研究背景,通过对轨控式直/气复合导弹特点的分析,研究了直/气复合控制与制导策略。首先,针对导弹的气动布局进行描述,讨论了使用侧向推力带来的问题及简化数学模型,建立了包含直接力的导弹动力学、运动学模型,同时给出了三维弹目相对运动数学关系式,并在一定假设条件下对所建立的模型进行了适当简化。其次,简要介绍了自抗扰控制器的基本原理,根据状态响应速度给出了三环姿态控制策略,并简要总结概括了控制器参数的整定过程,通过仿真详尽分析了所设计气动控制系统的整体性能。再次,介绍了自抗扰制导律,以此引出利用自抗扰控制器中扩张状态观测器实现目标加速度估计的方法,讨论了考虑目标加速度机动的预测脱靶量计算方法,结合直接力点火时机、点火逻辑设计了一套基于预测脱靶量修正的直/气复合制导策略。最后,以某直/气复合导弹为设计背景,建立了数字仿真平台。给出了对喷流干扰效应、安装误差影响的考虑,仿真说明了直接力开启时对控制器及导弹飞行状态的作用效果,验证了所提直/气复合控制策略、直/气复合制导策略的有效性,并通过仿真分析了点火时机、点火次数、弹目相对距离中测量噪声和误差对命中精度的影响。
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