巡航導彈領彈
——從彈協同攻擊末段目標定位策略研究

任鵬飛，趙久奮

（1.西北工業大學，西安710172；2.火箭軍工程大學，西安710025)

巡航導彈領彈
——從彈協同攻擊末段目標定位策略研究

任鵬飛1，趙久奮2

（1.西北工業大學，西安710172；2.火箭軍工程大學，西安710025)

為了提高巡航導彈打擊效果，協同攻擊成了未來作戰的必然趨勢?；诖吮尘?，在巡航導彈領彈——從彈協同攻擊策略的基礎上，提出了一種末段目標定位策略，對固定目標的定位進行了研究，討論了基于擴展Kalman濾波（EKF）的無源定位方法。

導彈編隊；Kalman濾波；目標定位

0 引言

本文根據導彈編隊協同作戰，通過結合國內外相關的理論和工程研究背景，重點研究導彈編隊之間的相對導航問題。為了提高導航精度，在飛行速度和導航位置方面，尋求一種更加有效的估計方法。在末段定位時，運用拓展Kalman濾波這一無源定位方法，解決如何利用領彈的高精度導航信息以及從彈與領彈的相對關系實時的對固定目標位置進行高精度估計。

本文研究固定目標情況的方案為：在導彈編隊飛行中，跟隨彈的主要作用不是提供導航信息，編隊的飛行位置和飛行速度主要是由領航彈提供的，通過領航彈提供的導航信息，實時測量出領航彈的導航信息，通過編隊飛行過程中跟隨彈與領航彈的相對位置關系，計算出跟隨彈的位置和速度，跟隨彈、領航彈同時開始末制導。由于領航彈本身裝載有精度較高的Doppler雷達，因此，在測量中精度較高，可以提供高精度的導航信息。

實現對目標無源定位的方法是EKF定位算法。

1 EKF定位算法

領航彈作為導彈編隊飛行中的核心部分，并不能夠提供所有的導航信息，一般來說，領航彈可以為編隊飛行提供一些角度信息。因此，通過建立導航坐標系，可以得到兩個角度，同時將領航彈與目標之間的距離也作為輸入狀態變量，即：

1．1 狀態方程的建立

本文涉及的主要坐標系有：

1)導航坐標系On-XnYnZn。坐標原點On為導彈發射點，OnYn沿發射點地心矢徑方向，OnZn垂直于射面，OnXn與OnYn和OnZn構成右手坐標系。

2)彈體坐標系Od-XdYdZd。坐標原點Od為導彈質心，OdXd沿彈體縱對稱軸，指向彈頭為正，OdYd在彈體縱對稱面內，垂直于OdXd，OnZn與OnXn和OnYn構成右手坐標系。

由r＝rm-r1，可知：

其中，rm為地球上固定目標位置矢量，r1為領航彈位置矢量，r為目標相對于領航彈的位置矢量。

定義e為單位視線向量，則r＝re，對其求導：

由Coriolis定理可得：

其中，ωe為彈體自轉角速度，符號｜n表示在慣性系的投影。

其中，

將式（5)代入（4)可得：

則狀態方程為：

其中，

1．2 觀測方程的建立

領航彈可以實時的測得目標視線在領航彈彈體坐標系中的投影，取俯仰角α、航向角β為觀測量，則有：

定義en和ed分別為視線向量在導航坐標系與彈體坐標系下的量，即：

可得：

由式（7)可得：

即得觀測方程：

新的線性化的測量方程為：

1．3 濾波流程

本文采用比較成熟的EKF方法進行濾波，具體流程如下：

（1)計算最優預測值

直接采用非線性方程式，通過數值積分得到＾X（k＋1｜k)。

（2)計算預測誤差方差陣

（3)計算最優增益矩陣

（4)計算濾波估值方差陣

Kalman濾波狀態更新方程變為：

2 EKF定位算法仿真

根據導彈編隊飛行中的末制導要求，當領航彈與目標之間的距離約為100km時，編隊中的領航彈開啟雷達導引頭，通過不斷掃描搜索目標。仿真條件為：

陀螺隨機漂移：0.1（°）／h；

加速度計隨機漂移：10μg；

測量頻率：100Hz。

雷達導引頭在測量角度時的精度為0.02°時，仿真結果如圖1所示。

圖1 EKF定位誤差Fig．1 Error of EKF positioning

一般并不需要一直提供高精度的導航定位信息，這樣代價較高，而是根據不同的目的需求來考慮定位精度。對電子偵察等本身具有高精度定位信息的設備，只需要低精度的定位能力就行，一般認為定位精度達到5km左右就可以滿足；而直接用于引導炸彈或炮彈時，定位精度要很高，在0.1km左右。由仿真曲線可知：編隊飛行在850s時，飛行位置中的X方向誤差為3.6m，Y方向為-0.17m，Z方向為1.8m，仿真結果較好。

3 結論

在現代戰爭中，為了實現有效打擊，普遍開始使用隱身攻擊的技術，通過降低攻擊導彈的輻射強度，主要降低領航彈的紅外輻射，跟隨彈采用被動定位模式。這種方式不能測出距離信息，只能測角，本文提出了EKF定位算法，并對其進行了建模。

對于無源定位來說，只能測角不能測距，因此在導航定位中，一般不會對編隊飛行中導彈與目標初始的精度要求太高。本文提出的方法的主要優點是：領航彈可以自由地選擇搜尋的目標，不會受到預先是否選定的影響；主要缺點是：此方法受測角精度的影響很大，導致濾波器不是很穩定，而且收斂速度慢。

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Research on Cruise Missile Attack Target Leader?follower Flight Terminal Positioning Strategy

REN Peng?fei1，ZHAO Jiu?fen2
（1.Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710172; 2.The Rocket Force University of Engineering，Xi'an 710025)

In order to improve the effect of cruise missile strike，cooperative attack is the inevitable trend of the fu?ture.The cruise missile leader?based collaborative attack strategies from play，this paper puts forward a terminal target po?sitioning strategy on the basis of the cruise missile's missile strike——from the cooperative attack strategy under the back?ground.The paper proposes a terminal positioning strategy and researches the fixed target location.Finally，it discusses passive location method based on extended Kalman filter（EKF).

missile formation;Kalman filtering;target location

V448.22

A

1674?5558（2017)01?01300

10.3969／j.issn.1674?5558.2017.01.005

任鵬飛，男，本科，飛行器設計與工程專業，研究方向為飛行器設計。

2016?08?08