無人機躲避導彈殺傷的測控特性分析

侯素娟曹 勇

（1.中國人民解放軍92515部隊，葫蘆島 125000；2.中國人民解放軍92419部隊，興城 125106）

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無人機躲避導彈殺傷的測控特性分析

侯素娟1曹 勇2

（1.中國人民解放軍92515部隊，葫蘆島 125000；2.中國人民解放軍92419部隊，興城 125106）

摘 要：本文基于武器系統與無人機的動態響應，建立運動學模型，探尋最優躲避途徑，并對其測控特性進行研究。通過對加速度、作用時間等影響因素的分析，得出結論：通過多時刻的采樣，以誤差信號為反饋，可以作為一種有效的測控方法。同時，期望本文的研究，能夠對無人機躲避導彈殺傷的理論研究提供一定的參考。

關鍵詞：無人機 導彈殺傷 測控特性

引言

無人機（UAV）在當今世界中得到越來越多的重視和關注，起初用于訓練[1]，在未來的戰場上將成為關鍵武器之一[2]。無人飛行器與普通飛行器相比，機體一般較小，結構相對簡單，研制和生產成本較低，同時也在民用方面得到越來越多的應用[3]。

現在，普遍用優化設計理論來指導測控規律研究。與傳統的方法不同，當無人機與武器系統運動過載接近時，有較為明顯的優勢[4]。對無人機信號反饋的影響，也是研究測控特性的重要方向。受計算機軟硬件發展的限制，不易進行多階的無人機模型測控特性分析，且其不一定具有顯著的優勢[5]。本文忽略無人機縱向加速度，重點為理論推導和模擬仿真[6]。隨著學者對該方面研究的深入，也陸續涌現出很多新觀點，如將無人機與導彈的方位關系設為非常量[7-9]。圖1、圖2和圖3是常見的無人機示例。

圖1 石雞BQM-74E靶機從艦上發射瞬間

圖2 S-100艦載無人機

圖3 雷錫恩公司的SilentEyes無人機

1 導彈攻擊

導彈攻擊主要包括引導、搜索和識別、瞄準、發射四個階段[10]。當得到發射命令時，地面測控設備引導導彈飛往目標區域，繼而由彈上雷達（見圖4）對目標進行搜索和識別，將目標保持在戰斗部能造成殺傷的扇形范圍里，導彈進入追蹤狀態。此時，雷達將目標相關參數傳遞至彈上計算機，供彈上計算機進行相關計算。當彈上計算機認為參數符合指標要求，將觸發引信，引發戰斗部，攻擊目標。各階段所需時間見表1所示。

圖4 雷達系統圖

表1 導彈機攻擊各階段所需時間

2 測控特性分析

以O-XYZ為坐標系，無人機和導彈的方位關系可以表示為式（1）所示。

DW面的夾角；σ、σ則代表、和OXY平面

DW的夾角。這里，VD、VW的表達見式（2），a、b分別代表導彈和無人機的縱向加速度。

于是，由式（1）可推得：

式（3）中，等號右側前兩項分別為導彈和無人機的法向加速度。整個式（3）可以簡化表示為式（4）。

式（4）中，X、A、B、C、D分別1×8、8×8、8×2、8×2、8×1階矩陣。這些矩陣體現了導彈與無人機對整個動態響應的作用程度，稱為導彈與無人機的控制矩陣。其中，C、C是導彈與無人機對動態響應自身的作用，Q、R是導彈與無人機受本身性能的約束，它們共同體現了導彈和無人機對整個系統的影響和作用。事實上，式（4）就是一個引入誤差量的系統躲避問題。

3 零控脫靶

圖5 通信裝置基本系統

4 結論

本文基于武器系統與無人機的動態響應，建立了運動學模型，探尋了最優躲避途徑，并對其測控特性進行了研究。為了實現無人機躲避導彈殺傷，應當了解無人機和導彈的機動極限、響應速度、相對運動狀態等信息，測控技術為此提供了重要依據。通過對加速度、作用時間等影響因素的分析，得出結論：通過多時刻的采樣，以誤差信號為反饋，可以作為一種有效的測控方法。因此，為了增強無人機躲避導彈殺傷的可控性，應提高無人機最大機動能力、減小無人機響應時間，并最大程度地增大遭遇前時間。

參考文獻

[1]《國內外無人機大全》編寫組.國內外無人機大全[M].北京：航空工業出版社，2001.

[2]（英）威廉·普勒.透視中國國產軍用無人機研究現狀[J].世界安全，2004，（6）：1-3.

[3]LindstrandPer. ESA2HHALE飛艇研究及開發項目[C].第二屆平流層平臺系統國際會議論文集，2000：15-21.

[4]Nesline F W，Zarchan P.A New Look at Classical vs Modern Homing Missile Guidance[J].Journal of Guidance Control and Dynamics，1981，（1）：78-85.

[5]李忠應.具有二階環節的的導彈最優導引律[J].航空學報，1982，（4）.

[6]蔡遠利，呂學富.最優策略的導引特性分析[J].航空學報，1990，（3）.

[7]Lin C F，Tsai L L.Analytical Solution of Optimal Trajectory-Shaping Guidance[J].Journal of Guidance Control & Dynamics，1989，（4）：600-601.

[8]湯善同.依賴于相對距離的最優比例導引規律[J].戰術導彈技術，1988，（1）.

[9]蔡遠利，呂學富.三維最優追逃策略[C].中國航空學會飛行力學與飛行試驗學術交流會論文，1987.

[10]單克勤.導彈攻擊機機載雷達的選擇[J].洪都科技，1987，（S1）.

UAV Avoid Killing Control Feature Missile

HOU Sujuan1,CAO Yong2
(1.92515 P eople's L iberation Army troops,Huludao 125000;2.92419 People's Liberation Army troops,Xingcheng 125106)

Abstract:Based on the dynamic response of weapons systems and unmanned aerial vehicles, kinematic model, to explore the best escape route and monitoring and control characteristi cs were studied. Through the acceleration factors, reaction time and other analysis, concluded that:by sampling more time to feedback error signal can be used as an effective monitoring and control methods. This article has some reference value for theoretical studies of antimissile UAV escape.

Key words:UAV,Missile Kill,Control Characteristics