[发明专利]一种数字对抗仿真环境下的亚音速飞行器快速建模方法

说明书

本发明公开了一种数字对抗仿真环境下的亚音速飞行器快速建模方法，能够有效、快速地对飞行器进行六自由度建模并应用到数字仿真，为攻防演练得到较为准确真实的动力学参数。本发明将飞行器模型分为了动力学模块，气动力解算模块，制导模块，控制模块(即自驾仪)以及配套的辅助环境解算模块，用以计算导弹飞行时的环境参数，诸如空气密度、动压和重力、加速度等。之后逐步细化各个子模块功能，各种物理参数在模块间传递，以完成相应的功能。该方法考虑了六自由度方程组高度非线性的特征，对模型进行合理适当简化，能够有效进行快速建模，并且防止非线性交叉耦合对模型的影响。

技术领域

本发明涉及飞行器建模仿真技术领域，具体涉及一种数字对抗仿真环境下的亚音速飞行器快速建模方法。

背景技术

亚音速飞行器作为核三位一体的重要组成部分，经各国发展，目前已广泛装备各国的火箭部队。随着军事技术的不断发展，在武器装备智能化、信息化和无人化的今天，亚音速巡航飞行器开始朝着空中巡航待机、集群巡航规划、集群攻击的方向深入发展，基于亚音速巡航飞行器相对其他导弹更低的技术壁垒和生产成本，辅以先进的智能无人技术，其必将在现代化战争中发挥重要作用。

在目前的数字对抗仿真环境下，对飞行器的巡航航迹规划算法和末端突防的弹道算法研究已有很多，但上述研究都是基于质点3-DOF模型，鲜有利用6-DOF模型进行航迹算法研究的，而6-DOF模型是真实的刚体运动模型，完整的弹体动力、气动和控制制导模型将为航迹规划算法提供可靠的约束，也可以利用模型对算法的可靠性可行性进行检验。

目前，已公布的专利CN106096194设计一种利用更换气动参数来快速对飞行器简化建模的方法，忽视了对飞行器控制系统的快速建模处理。

目前尚未有一种针对飞行器动力学、气动、自动控制和制导模型进行全面建模的系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种数字对抗仿真环境下的亚音速飞行器快速建模方法，本发明选择典型的亚音速飞行器进行快速建模，建立了完整的飞行器动力学、气动、自动控制和制导模型；具备典型亚音速飞行器的基本功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1：确定待建模飞行器的基本参数和气动布局并形成数据文档；

步骤2：对飞行器进行动力学建模，得到动力学模块，该飞行器动力学模块的方程组使用六自由度数值计算方程组，并开放气动力输入接口，输出各动力学参数值。

步骤3：对飞行器进行气动力的简化建模，将气动力简化为作用在质心上的升力、侧向力、阻力，气动力矩简化为绕飞行器坐标系下各轴的滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩；针对简化后的参数进行制表后，则形成气动模块；此气动模块的输出与步骤2的气动力输入接口连接，以对动力学模块产生影响。

步骤4：建立控制模块，控制模块用于对飞行器动力学模块中的法向过载、侧向过载以及滚转角进行控制，通过调整控制系统参数，对上述三值进行稳定控制，从而控制整个飞行器动力系统。

此时对模型整体进行参数整定和调试，使各参数符合待建模飞行器的真实飞行时物理参数变化范围；将控制模块接入步骤3飞行器气动模块中。

步骤5：建立姿态控制模型，在步骤4的基础上嵌套姿态控制外环系统，对飞行器姿态进行直接控制。

步骤6：对于有制导需求的飞行器，加入合适的制导律，包括固定翼飞行器的稳定巡航制导律，与自动航向调整制导律，建模得到制导模块；将制导模块接入步骤4构建的控制模块，生成相应的控制量。

步骤7：构建环境解算模型，在数字仿真中，对环境进行实时解算，环境解算模块输出的参数送入启动模块和动力学模块，以辅助进行参数解算。