[发明专利]一种侧窗探测条件下的导弹轨迹姿态协调控制系统及方法

说明书

【技术领域】

本发明属于制导控制技术领域，具体涉及一种侧窗探测条件下的导弹轨迹姿态协调控制系统及方法。

【背景技术】

大气层内超音速导弹具有很强的机动突防能力，也是拦截各类再入弹头的重要武器。大气层内超音速飞行的导弹因气动加热问题会影响配置在弹体头部寻的导引头的探测精度。为解决这种问题，导引头通常配置在弹体侧面以避开导弹头部的热流密集区，这种目标探测方式即为侧窗探测。侧窗探测技术不仅能应用于防空导弹，而且针对掠海飞行的巡航导弹，导引头配置在弹体侧面更有利于其对目标的探测和跟踪。

侧窗探测要求：在导弹飞行过程中为保证导引头能够探测并跟踪到目标，必须使弹体方位与视线方向(探测方向)始终维持在一定的角度范围。侧窗探测对弹体与视线方向的关系从制导层面看，就是要求导弹在制导飞行中弹体姿态同时满足一定的角度约束；从系统控制特征看，它要求制导任务与姿态控制任务协调完成。由于轨迹制导目的与姿态控制目的之间存在冲突，制导控制与姿态控制的协调就成为侧窗探测体制拦截系统需要解决的关键技术问题。

目前，对轨迹控制与姿态控制耦合情况的侧窗探测拦截系统的制导控制问题研究的公开文献较少，且目前的研究多以类高空区域防御系统THAAD(Theater High-Altitude Area Defense)的姿态控制问题为主，即根据导引头视场和侧窗条件，给出侧窗范围和拦截器姿态角之间的约束关系，或者将侧窗约束转化成视线终端约束，采用滑模变结构控制或自适应控制技术设计姿态角控制器；或者是以中段制导问题为主，运用最优控制原理设计针对虚拟目标的优化导引律。国内外尚未有公开文献研究导弹轨迹控制与姿态控制的协调控制问题，本项发明将针对这一技术难题展开研究，给出一种侧窗探测条件下的导弹轨迹与姿态协调控制方法来确定姿态角控制器的控制指令。切合实际的任务需求，实现同时满足侧窗探测的姿态控制要求和导弹制导精度的要求，这对于防空导弹和巡航导弹而言很有应用价值和发展前景。

【发明内容】

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种侧窗探测条件下的导弹轨迹姿态协调控制系统及方法，以确定导弹滚转角控制器的控制指令，以使得配置侧窗导引头的导弹可以同时满足侧窗探测的姿态控制要求和导弹制导精度的要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现

一种侧窗探测条件下的导弹轨迹姿态协调控制系统，包括依次数据连接的初始滚转角指令计算模块、初始指标角计算模块、带反馈项的滚转角指令差值计算模块、带反馈项情况下的指标角计算模块以及最终滚转角指令计算模块；其中：

初始滚转角指令计算模块，用于接受制导回路提供的参数θ_m,ψ_m来求解初始滚转角指令γ_c，并将所述初始滚转角指令γ_c发送至所述初始指标角计算模块；

初始指标角计算模块，用于计算表征侧窗探测效果的指标角，并将指标角发送至带反馈项的滚转角指令差值计算模块；

带反馈项的滚转角指令差值计算模块，用于接受初始指标角计算模块提供的指标角：视线偏离角Δγ和探测夹角γ_Rside，并将视线偏离角Δγ作为反馈项修正导弹每拍需要滚转的角度以使得Δγ更好地逼近零，并将反馈后导弹每拍需要滚转的角度发送至带反馈项情况下的指标角计算模块；

带反馈项情况下的指标角计算模块，用于求解导弹按照带反馈项的滚转角差值滚转后的指标角：带反馈项情况下的视线偏离角Δγ^*和带反馈项情况下的探测夹角并将视线偏离角Δγ^*符合侧窗探测要求时的带反馈项的滚转角差值发送至最终滚转角指令计算模块；

最终滚转角指令计算模块，用于计算最终的滚转角指令

本发明还公开了一种侧窗探测条件下的导弹轨迹姿态协调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据初始拦截条件和制导仿真参数，得到制导回路提供的弹目视线矢量导弹速度矢量导弹速度倾角θ_m和偏角ψ_m，计算导弹的初始滚转角指令γ_c；

步骤2：根据初始滚转角指令γ_c，计算视线偏离角Δγ和探测夹角γ_Rside；

步骤3：计算带反馈项情况下导弹每拍需要滚转的角度

步骤4：根据导弹每拍需要滚转的角度计算带反馈项情况下的视线偏离角Δγ^*和探测夹角