速度+方位角傳遞對準在直升機載導彈傳遞對準中的應用

李群生 趙剡 魯浩 徐劍蕓 王進達

摘要：針對直升機機動的特點，本文采用“速度+方位角”匹配傳遞對準方案，推導了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測方程，提出了一種新的可觀測度改進方法，對其進行了證明。采用此方法分析了系統(tǒng)的可觀度，進行了多種機動方式仿真研究，從中選擇出了合適的機動方案。數(shù)字仿真表明，在搖翼機動的情況下，對準精度優(yōu)于5′，完全可以達到“速度+姿態(tài)”效果，且階數(shù)降低，計算量更小。

關鍵詞：機載導彈;傳遞對準;機動方式;速度+方位角;卡爾曼濾波;直升機機動

中圖分類號：TJ765;V212.4文獻標識碼：A文章編號：1673-5048（2018）06-0039-05[SQ0]

0引言

通常載機都配備有高精度的慣導系統(tǒng)（簡稱為主慣導），因此機載導彈捷聯(lián)慣導系統(tǒng)（簡稱為子慣導）的對準一般采用主慣導提供的信息通過傳遞對準實現(xiàn)[1-2]。對準的參數(shù)包括姿態(tài)、速度和位置，通常速度和位置的對準可以由主慣導直接復制給子慣導，由于主子慣導的相對姿態(tài)受外掛公差、外掛結(jié)構(gòu)撓曲的影響，直接復制時存在較大的誤差。傳遞對準的本質(zhì)實際上是將主慣導提供的參考信息與子慣導的輸出信息相匹配，通過濾波方法估計主子慣導的物理失準角，從而獲得子慣導導航所需的初始姿態(tài)信息[3]。

文獻[4]首次提出在10s內(nèi)可以達到1mrad對準精度的速度+姿態(tài)匹配傳遞對準后，機載導彈捷聯(lián)慣導系統(tǒng)傳遞對準發(fā)展到了一個新的階段。速度+姿態(tài)匹配傳遞對準相對于速度匹配傳遞對準的一個顯著優(yōu)點是不需要做較長時間的S形機動，只需要做簡單的搖翼機動就可以完成天向失準角的估計。速度+姿態(tài)匹配大幅度提高了傳遞對準的快速性，因此速度+姿態(tài)匹配傳遞對準也稱為快速傳遞對準。1997年，美國在F-16戰(zhàn)機上對快速傳遞對準進行了試飛驗證，證明了速度+姿態(tài)匹配可以在10s內(nèi)達到1mrad精度水平[4]。姿態(tài)匹配有多種形式，如姿態(tài)角匹配[5]、姿態(tài)陣匹配[6]等，文獻[7-8]證明了各種姿態(tài)匹配形式本質(zhì)上是一致的。文獻[9]認為主子慣導間Z向撓曲變形小，提出采用速度+Z向姿態(tài)匹配傳遞對準。文獻[10]給出一種采用速度+主子慣導Z軸安裝誤差角為觀測的改進快速傳遞對準算法，該方法兼具傳統(tǒng)速度加姿態(tài)匹配算法的優(yōu)點，又避開了其在搖翼機動時對時間延遲、撓曲變形敏感的缺點。

直升機主慣導采用捷聯(lián)慣導，能夠輸出更多的信息，如角速度等。直升機相對于固定翼飛機而言，“機翼”較短且剛度較大，在飛行過程中變形較小是姿態(tài)匹配能夠順利進行的前提，圖1所示為直升機與固定翼飛機機翼對比圖。直升機能夠進行的機動方式與固定翼飛機存在較大差別，直升機更容易進行橫滾等角運動，使得姿態(tài)匹配算法具有良好的觀測性，濾波器的收斂性較好，對準的精度增高;固定翼飛機的運動特點是高速的線運動，產(chǎn)生線運動相對容易，產(chǎn)生角運動相對困難，而直升機在實戰(zhàn)中飛行速度較小，加減速度也較小，因而單獨采用速度匹配不容易完成航向角對準。而且直升機懸停發(fā)射是其常用的作戰(zhàn)方式，在此種方式下，僅僅采用“速度”匹配方式，無法完成航向角的對準[11]，這些都對傳遞對準造成較大的影響，國內(nèi)對該項技術(shù)的研究較少，尚未見到有工程應用的報道。

4結(jié)論

本文在直升機載導彈傳遞對準技術(shù)的基礎上，提出一種“速度+方位角”的匹配方案。推導了“速度+方位角”的卡爾曼濾波數(shù)學模型，并通過可觀測性矩陣的奇異值改進，結(jié)合直升機機動特點，對系統(tǒng)的可觀測性進行了分析，選擇出一種適合于直升機特點的傳遞對準機動方案。通過數(shù)字仿真對6種機動方式進行了驗證，結(jié)果表明，在搖翼機動模式下，所提出的傳遞對準方案能夠完全達到“速度+姿態(tài)”的對準精度，并具有更低的計算復雜度。

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