一种用于二维弹道修正引信的在线摄动落点预测控制方法

技术领域

本发明涉及常规弹药简易制导/弹道修正控制技术领域，具体涉及一种用于二维弹道修正引信的在线摄动落点预测控制方法。

背景技术

基于摄动理论的落点预测方法，其关键在于基准弹道和摄动偏导数的计算。所述基准弹道为一条能够无偏差击中目标点的理想弹道。所述摄动偏导数为弹道某飞行特征点处，相对于基准弹道弹丸状态参数摄动值对弹丸落点的影响系数。基于摄动理论的落点预测方法流程为：在弹丸飞行过程中，当需要进行修正控制时，通过比较实际弹道与基准弹道的状态量偏差即参数摄动值，结合摄动偏导数预测得到弹丸落点，求解预测落点与目标点的偏差，进而生成控制指令实现弹道修正。

目前基于摄动理论的落点预测方法，大部分在发射前通过线下六自由度刚体弹道(6D)仿真计算获得基准弹道和摄动偏导数等数据，并将数据按照一定间隔装定至弹载计算机。然而在复杂战场环境下，线下刚体弹道仿真计算速度较慢，并且需要装定的数据量较多，难以实现弹丸的快速发射。除此之外，当生成基准弹道和偏导数的模型存在偏差时，采用线下仿真难以实现模型误差的校正，因此修正精度会有所下降，而采用在线计算方法可实时根据实际弹丸飞行参数进行补偿，可确保修正控制精度，但由于目前的六自由度刚体弹道计算速度较慢，不适用于线上计算，而四自由度简易弹道精确度低，修正精度不够。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于二维弹道修正引信的在线摄动落点预测控制方法，通过在线迭代计算4自由度改进质点弹道模型的气动系数符合系数，确保由4自由度改进质点弹道模型在线确定的基准弹道的精度，从而确保弹丸修正控制精度。本发明方法鲁棒性好、修正控制精度高，且不需要在发射前计算及装定基准弹道及摄动偏导数，满足快速发射的要求，节约了装定数据量。

本发明的用于二维弹道修正引信的在线摄动落点预测控制方法，包括：

步骤1，确定在线迭代生成基准弹道的起始工作时间t

步骤2，以t

其中，气动系数符合系数的补偿修正具体为：判断当前预测落点与目标点之间的偏差是否在允许的误差范围内，若在，以采用当前气动系数符合系数的4自由度改进质点弹道模型为基准弹道；若不在，则基于气动系数符合系数迭代补偿函数递推下一次迭代的气动系数符合系数补偿值，再次进行落点预测，直到所述偏差在允许的误差范围内；所述气动系数符合系数迭代补偿函数为基于当前迭代过程和上一次迭代过程的预测偏差及符合系数补偿值构建的符合系数补偿值与预测落点偏差值的线性函数；

步骤3，提取步骤2在线生成的基准弹道的特征点，利用4自由度改进质点弹道模型计算特征点参数摄动对弹丸预测落点射程和横偏影响的摄动偏导数；

步骤4，在弹丸飞行控制阶段，基于所述摄动偏导数，利用实际弹道和基准弹道状态参数偏差进行落点预测，并求解得到预测落点相对于目标点的偏差；基于所述偏差生成滚转角指令进行弹道修正，直至弹丸落地。

较优的，所述起始工作时间小于弹丸起控时间减去在线迭代生成基准弹道迭代计算所需时间。

较优的，弹丸的位置信息采用卫星定位接收机获取，转速信息采用地磁传感器获取；然后以弹丸位置信息和转速信息作为量测值，采用无速度信息输入的卡尔曼滤波算法得到弹丸速度信息。

较优的，所述气动系数符合系数迭代补偿函数为：

其中，Δk

较优的，所述气动系数符合系数包括阻力系数符合系数和静力矩符合系数；基于阻力系数符合系数的迭代补偿修正，修正预测落点的射程偏差；基于静力矩符合系数的迭代补偿修正，修正预测落点的横向偏差。

较优的，在步骤2在线生成的基准弹道上，按照一定时间间隔t

较优的，特征点t

其中k

基准弹道摄动值对弹丸落点射程影响的摄动偏导数为：

其中

基准弹道摄动值对弹丸落点横偏影响的摄动偏导数为：

其中

求解得到的落点偏差为：

ΔX为射程偏差，ΔZ为横偏偏差。

有益效果：

当生成基准弹道和偏导数的模型存在较大偏差时，采用线下仿真难以实现模型误差的校正，因此修正精度会有所下降，而采用在线计算方法可实现模型误差的补偿，从而保证修正控制精度。本发明基于4自由度改进质点弹道方程，涉及参数少、计算速度快，同时通过在线迭代弹道模型的气动参数符合系数，确保4自由度改进质点弹道方程的计算精度，相比于弹道倾角和弹道偏角的迭代，更能保证迭代后的落点预测精度，且迭代过程简单、计算复杂度低、计算速度快，在几秒内可以实现所有数据的解算，不会增加弹载计算机的解算量，满足实际工程应用中对弹载计算机实时性的要求。通过在线迭代计算生成基准弹道和摄动偏导数，避免了线下计算和装定，可实现弹丸的快速发射，节约了弹载计算机的存储空间。此外，本发明方法能够更加匹配实际弹丸发射和飞行条件，从而一定程度上提高弹道修正控制精度。

附图说明

图1为本发明基于弹丸状态信息的基准弹道计算流程图。

图2为本发明摄动偏导数在线计算方法流程图。

图3为本发明在线摄动落点预测控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于二维弹道修正引信的在线摄动落点预测控制方法，流程图如图3所示，具体包括如下步骤：

步骤1：确定在线迭代生成基准弹道的起始工作时间t

所述起始工作时间根据弹载计算机计算速度确定，主要是保证弹丸起控前可完成基准弹道和摄动偏导数的计算。根据硬件在环半实物仿真可知，在线迭代时间t

步骤2：基于弹丸状态信息在线迭代计算基准弹道。

基于弹丸状态信息基准弹道在线计算流程如图1所示。首先获取弹丸飞行t

气动系数符合系数的迭代补偿过程如下：

首先根据起始工作时间t

射程和横偏偏差量可分别独立计算。气动系数中，弹丸阻力系数直接影响射程，升力/静力矩系数影响横偏，因此，可通过阻力系数符合系数补偿值对预测落点的射程偏差量Δx

补偿后的阻力系数符合系数为k

假设气动系数符合系数补偿值和预测误差成线性关系，可确定第i+1次落点预测时的阻力系数符合系数补偿值Δk

式中Δk

利用补偿后的阻力系数符合系数k

步骤3：基于在线生成的基准弹道在线计算摄动偏导数。

在线计算摄动偏导数的流程如图2所示。基于步骤2在线迭代生成的基准弹道，按照一定时间间隔t

其中k

例如当k

通过射程及横偏偏差量可求解得到摄动偏导数，其中基准弹道摄动值对弹丸落点射程影响的摄动偏导数为：

其中

基准弹道摄动值对弹丸落点横偏影响的摄动偏导数为：

其中

在完成特征点t

步骤4：在线摄动落点预测控制方法

在线摄动落点预测控制方法流程如图3所示。在完成步骤2在线生成基准弹道和步骤3在线计算摄动偏导数之后，当弹丸飞行时间t≥t

基于式(5)所求解的偏差，生成滚转角指令进行弹道修正，直至弹丸落地。

在某一实例中，以鸭式布局二维修正弹丸为研究对象，对提出在线摄动落点预测控制方法进行分析验证，主要验证内容包括算法的实时性和算法精度。

设定弹丸初速为930m/s，射角为51°，气象采用实测高空气象。弹丸总飞行时间约为99s，选取弹道顶点44s为起始控制时间。选取在线迭代生成基准弹道的起始工作时间t

表1不同控制算法的基准弹道及偏导数计算所需时间

由表1可知，采用本文所提出的在线摄动预测算法，生成基准弹道和偏导数所需时间明显减少，在非常短的时间(<2s)内即可完成全部数据的计算，算法的实时性较好。

为说明在线摄动预测控制算法的修正精度。分别在不考虑弹道模型误差，以及考虑弹道模型误差的情况下，进行了仿真分析。

当模型参数不存在误差时，采用传统线下摄动预测算法和本文提出的在线摄动预测算法仿真结果见表2所示。

表2模型不存在偏差时不同控制算法仿真精度

当模型参数存在误差时，设定阻力系数偏差5％、升力系数偏差-10％、静力矩系数10％，采用传统线下摄动预测算法和本文提出的在线摄动预测算仿真结果见表3所示。

表3模型存在偏差时不同控制算法仿真精度

由表2和表3可知，当模型不存在偏差时，在线摄动预测算法与传统预测算法精度相当，但当考虑模型误差时，在线摄动预测算法修正精度高于传统预测算法，主要是因为通过在线迭代，对模型误差进行了补偿，因此在线摄动预测算法的鲁棒性较好。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。