反魚雷魚雷自適應滑模導引律

反魚雷魚雷自適應滑模導引律

李宗吉,張西勇,練永慶

(海軍工程大學 兵器工程系,武漢 430033)

摘要:針對在目標機動性加大的情況下常規(guī)魚雷導引方法不能滿足反魚雷魚雷迎面攔截來襲魚雷需求的問題,為提高反魚雷魚雷攔截概率,提出了利用滑模觀測/微分器對來襲魚雷視線角速率進行估計的方法,基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,根據(jù)準平行接近的原理,推導出一種自適應滑模導引律。將該方法運用于反魚雷魚雷跟蹤攔截,仿真結果表明,該導引律對干擾和參數(shù)攝動具有強魯棒性,與傳統(tǒng)比例導引法相比,其對機動目標的導引精度高,脫靶量小,可以滿足反魚雷戰(zhàn)技術的需求。

關鍵詞:反魚雷魚雷;導引律;變結構控制;魯棒性

收稿日期:2014-04-22

作者簡介:李宗吉(1974- ),男,副研究員,研究方向為魚雷制導與控制。E-mail:lizongji507@163.com。

中圖分類號:TJ630.3文獻標識碼:A

Anti-torpedo-torpedoAdaptiveSlidingModeGuidance

LIZong-ji,ZHANGXi-yong,LIANYong-qing

(DepartmentofWeaponryEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033,China)

Abstract:For highly maneuvering targets,the guidance law of traditional torpedo can’t satisfy the requirement of anti-torpedo-torpedo frontally intercepting incoming torpedo.Aiming at this problem,the LOS angular rate was estimated by using the sliding mode observer/differentiator.An adaptive sliding mode guidance law was proposed based on Lyapunov’s stability theory.The method was applied in tracking and interception of anti-torpedo-torpedo.The simulation results show that the guidance law is highly robust to noise and parameter disturbance.Campared with the traditional proportional guidance law,the proposed law has high accuracy,and the miss distance is small.The proposed law can satisfy the tactical and technical requirement of anti-torpedo torpedo.

Keywords:anti-torpedo-torpedo;guidancelaw;variablestructurecontrol;robustness

魚雷的導引方式直接影響魚雷的彈道,魚雷的彈道則體現(xiàn)了對魚雷機動性的需求。魚雷的導引彈道取決于2個因素:一是目標的運動,二是導引方式[1-2]。導引方式對彈道特性的影響主要包括彈道的法向過載、跟蹤時間以及與目標的相遇角等方面,這些都會影響到魚雷的命中概率,其中,法向過載這一指標最為重要,它直接影響到脫靶量和導引方式實現(xiàn)的可能性。反魚雷魚雷與魚雷不同,所要攔截的目標是來襲魚雷,而來襲魚雷的機動性、速度遠遠高于艦艇,且輻射噪聲水平低,目標強度小,通常要求采取迎面攔截彈道,所以反魚雷魚雷的彈道也就更加復雜[3-4]。為了提高反魚雷魚雷攔截概率,本文首先利用滑模觀測/微分器對難以直接測量的來襲魚雷角速率進行估計,然后提出一種自適應滑模導引方法。

1反魚雷魚雷的自適應滑模導引法

選取視線坐標系作為研究反魚雷魚雷導引過程的參考系,水平面作為反魚雷魚雷的攔截平面,則反魚雷魚雷-來襲魚雷的相對運動關系如圖1所示[5-6]。圖中,A代表反魚雷魚雷,T代表魚雷,r為反魚雷魚雷與來襲魚雷之間的相對距離,q為視線角,η為來襲魚雷舷角,ψ為反魚雷魚雷航向角。

圖1　攔截坐標系定義

(1)

(2)

(3)

且有

(4)

據(jù)此,可得:

(5)

(6)

因此,得到如下的自適應滑模趨近律:

(7)

進一步推導可得自適應滑模導引律:

(8)

取Lyapunov函數(shù)為

(9)

求導可得:

(10)

(11)

2滑模觀測/微分器及視線角速率估計

(12)

(13)

在式(12)與式(13)所示的SMOD的基礎上,引入一個非線性低通濾波器,可得到一種修正的滑模觀測/區(qū)分器:

(14)

(15)

J0=χ+e

(16)

(17)

式中:e為實際信號與估計值間的誤差;χ,J0為中間量;k1,k2為可調節(jié)系數(shù)。式(15)、式(16)為非線性動態(tài)滑模面。當J0=0時,由式(16)可知:

(18)

圖2　基于NDSM與SMOD的LOS估計

3彈道仿真及分析

圖3表明,利用SMOD對視線角速度進行估計,采用ASMG導引律使得反魚雷魚雷能夠有效攔截來襲魚雷。

圖3　攔截彈道

圖4　脫靶量累積分布

仿真結果表明:在視線角存在測量誤差的條件下,基于SMOD的ASMG導引律的導引概率與導引精度均高于PN導引律;視線角噪聲越小,導引精度越高;τay越小,導引精度越高,即提高反魚雷魚雷機動能力可以提高導引精度。

4結論

首先利用SMOD方法對視線角速度進行估計,然后據(jù)此提出了反魚雷魚雷自適應滑模導引法。研究結果表明:在視線角存在測量誤差的條件下,基于SMOD的自適應滑模導引律的導引概率與導引精度均高于比例導引律;提高視線角信號的信噪比及反魚雷魚雷的機動能力,可以有效提高反魚雷魚雷的命中概率。

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