視頻制導(dǎo)炮彈下滑段攻角及其對(duì)制導(dǎo)修正的影響研究

侯明，戴學(xué)謙，畢嗣民

（1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266000；2.92635部隊(duì)，山東 青島 266000）

視頻制導(dǎo)炮彈下滑段攻角及其對(duì)制導(dǎo)修正的影響研究

侯明1，戴學(xué)謙2，畢嗣民1

（1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266000；2.92635部隊(duì)，山東 青島 266000）

建立了視頻制導(dǎo)炮彈六自由度彈道模型，分析了在慣性下滑段攻角對(duì)視頻制導(dǎo)炮彈制導(dǎo)修正的影響，以MATLAB為平臺(tái)，在某射擊條件下對(duì)慣性制導(dǎo)下滑段彈道進(jìn)行了仿真計(jì)算，獲取了攻角的變化規(guī)律，以及攻角對(duì)制導(dǎo)修正在距離和方向上造成的誤差，提出了通過修正平衡攻角的方法來減小攻角誤差，為提高視頻制導(dǎo)炮彈的制導(dǎo)精度提供了理論依據(jù)。

視頻制導(dǎo)炮彈；攻角；彈道方程；制導(dǎo)

1 概念與綜述

視頻制導(dǎo)炮彈是一種全新概念的精確打擊彈藥，它通過彈載電視導(dǎo)引頭獲取目標(biāo)區(qū)圖像，并將圖像信息以無線方式傳輸給地面控制站，地面控制站根據(jù)圖像中心與目標(biāo)中心的距離和方向的偏差關(guān)系計(jì)算修正量，并發(fā)出制導(dǎo)指令，彈上接收機(jī)接收制導(dǎo)指令，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整彈體姿態(tài)，直至命中目標(biāo)。

由于攻角的存在，彈丸的速度方向與彈軸方向不一致，即僅根據(jù)電視圖像所獲取的修正量存在較大誤差，因次，建立視頻制導(dǎo)炮彈的彈道方程，求出攻角及其產(chǎn)生的距離和方向偏差，獲取精確的修正量，對(duì)提高視頻制導(dǎo)炮彈的制導(dǎo)穩(wěn)定性和精度具有十分重要的意義。

2 視頻制導(dǎo)炮彈剛體彈道模型

在分析作用在視頻制導(dǎo)炮彈上的力和力矩基礎(chǔ)上，建立視頻制導(dǎo)炮彈標(biāo)準(zhǔn)條件下的剛體彈道模型，如式（1）。

模型中各參數(shù)的算法和符號(hào)同文獻(xiàn)[5]。

3 攻角對(duì)制導(dǎo)修正的影響仿真與分析

由于攻角的存在，依據(jù)視場(chǎng)進(jìn)行的修正必將帶來距離誤差xΔ和方向誤差zΔ，xΔ和zΔfalse可由彈道傾角θ、攻角的垂直分量α(彈軸在速度面內(nèi)的投影與速度方向的夾角)和水平分量β?lián)Q算得出，圖1是攻角引起的距離誤差xΔfalse和方向誤差zΔ的示意圖。

圖1 攻角引起的距離和方向誤差

由圖1可知：

根據(jù)視頻制導(dǎo)炮彈剛體彈道模型，取初速V0=395m/ s，射角=35°進(jìn)行彈道仿真，得到了視頻制導(dǎo)炮彈下滑段攻角的垂直分量和水平分量β，如圖2、3所示。

圖2 下滑段攻角的垂直分量α

圖3 下滑段攻角的水平分量β

從圖中可以看出：

（1）在慣導(dǎo)工作初期，攻角變化較大，經(jīng)短暫過渡后，攻角趨于穩(wěn)定，且圍繞某一值上下振蕩，說明存在平衡攻角。

（2）攻角在鉛直方向的分量是主要的，因此在距離方向上造成的視場(chǎng)偏差和修正是主要的。

根據(jù)式（2）仿真計(jì)算得出距離誤差xΔ和方向誤差zΔ，如圖4、5所示。

圖4 距離誤差xΔ

圖5 方向誤差zΔ

由公式（2）或圖4、5中可以看出：

（1）在慣導(dǎo)開始工作階段攻角波動(dòng)比較劇烈，所以造成的誤差變化也比較劇烈，因此電視制導(dǎo)的開始工作時(shí)間選擇在攻角的穩(wěn)定時(shí)期。

（2）彈道越高，距離誤差和方向誤差越大，且誤差隨著炮彈的下滑不斷減小，在攻角穩(wěn)定期，距離誤差在300左右，在修正時(shí)需要考慮α的影響，方向誤差在±10之間，在修正時(shí)β的影響可以忽略不計(jì)。

（3）在慣性下滑段α引起的距離誤差是主要誤差，在制導(dǎo)修正時(shí)考慮距離誤差的影響，可以提高舵機(jī)效率和視頻制導(dǎo)炮彈的制導(dǎo)精度。

4 攻角誤差的修正

由于攻角的垂直分量α引起的誤差為主要誤差，所以對(duì)攻角誤差的修正主要是修正α，根據(jù)前面分析可知，在慣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來修正攻角誤差，設(shè)在慣性下滑段存在平衡攻角α＇，根據(jù)慣性下滑的原理可知，在慣性下滑段由于升力用于平衡重力的法向分量，所以有：

S——彈丸最大橫截面積。由于慣性下滑段的速度、傾角基本為一恒定值，所以，對(duì)不同的彈道，公式（3）中帶入不同的落角θ和落速V，就可以計(jì)算出不同條件下的α。

在電視末制導(dǎo)段，當(dāng)?shù)孛婵刂普居?jì)算舵機(jī)控制指令時(shí)，可以采用修正α的方法來修正攻角誤差。

5 結(jié)語

攻角是影響視頻制導(dǎo)炮彈制導(dǎo)精度的重要因素之一，在電視制導(dǎo)修正中減小攻角的誤差，可以減小彈體響應(yīng)過渡過程的法向過載和過渡時(shí)間，提高炮彈的機(jī)動(dòng)性。

通過仿真計(jì)算和分析可知，攻角的存在對(duì)電視制導(dǎo)的修正造成距離和方向兩方面誤差，特別是對(duì)距離產(chǎn)生誤差較大，而且攻角在慣導(dǎo)開始時(shí)期變化較大，不適合進(jìn)行電視制導(dǎo)，電視制導(dǎo)應(yīng)在攻角穩(wěn)定后開始，而且在慣性下滑段通過修正平衡攻角的方法來減小攻角引起的誤差。

[1]錢立志.信息化炮彈技術(shù)[M].北京：解放軍出版社，2006.

[2]宋丕極.槍炮與火箭外彈道學(xué)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1993:46254.

[3]錢杏芳，張鴻端，林端雄.導(dǎo)彈飛行力學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1987:1662169.

[4]趙慶嵐，宋衛(wèi)東，魯飛，等.有風(fēng)條件下末制導(dǎo)炮彈彈道模型研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2008,15(5):373～377.

[5]唐成榮，宋衛(wèi)東，許芹祖，等.某型激光末制導(dǎo)炮彈六自由度彈道仿真[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010,10(26):6453～6456.

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1671-0711（2016）12（下）-0172-02