基于Simulink的導彈制導系統設計

呂夢圓 朱博點 張鑫恬

摘 要： 本文建立了三自由度導彈空間軌道數學模型，基于Simulink完成了該模型下的模塊化制導系統的搭建，并以某型地對地導彈為仿真對象，對其打擊過程進行了分析。

關鍵詞： 三自由度模型；制導系統； 動態仿真；模塊化設計

1 引言

在當今的武器系統研發與實驗過程中，故利用仿真技術來加速設計流程，降低設計成本已經成為一項重要的手段。而MATLAB/Simulink是實現動態系統模擬建模、仿真的一個集成環境，可以較好契合此法中的各項要求。

2 制導系統模塊化設計思想

根據一般設計流程，其模塊化設計可分為三步：（1）根據制導系統的任務及功能，將其劃分為若干個模塊，并確定各模塊間交互的信息流；（2）搭建各模塊具體內容；（3）模塊封裝，閉合回路。

本文中，我將該系統劃分為五個模塊水平向運動學模塊、豎直向運動學模塊、初始參數計算模塊、環境計算模塊與中間參量計算模塊。前兩個模塊即計算導彈飛行過程中兩個垂直方向上的運動學參量；初始參數計算模塊則賦給了該系統導彈的特性參數與發射參數；環境參數計算模塊則是計算由導彈飛行高度和飛行速度的變化而造成的氣動升力系數、氣動阻力系數、重力加速度等在一定導彈型號下與外界環境有關的參數；中間參數計算模塊則用于一些標志性變量的計算。

3 各模塊化具體內容與仿真結果

由于本文的目的重點在于仿真制導系統的搭建與分析，而不是對于導彈飛行過程本身的研究，所以為了盡可能少的牽扯到一些諸如《導彈飛行動力學》等較為專業的知識，以下模塊多對其飛行狀態進行了一定的簡化。

3.1 水平向運動學模塊

本模塊的設計根據實質上可認為是有阻力與推力的斜拋運動。根據相關文獻顯示，由于導彈的飛行時速度多大于2.5Mach，故認為導彈飛行全程空氣阻力與速度的平方成正比，且阻力系數恒定。對于推力，設計時考慮到助推器的存在與導彈姿態調整的需要，故將力的大小分為三階，每一階的力均為定值，同時設定導彈俯仰角控制函數。

3.2 豎直向運動學模塊

豎直向模塊的設計與水平向設計相仿，只不過運動時要考慮重力，即環境參數變化所造成的影響。同時為了使導彈更加難以攔截，需要對導彈的水平與豎直方向上施加額外的姿態調整的力，具體表現為若干個時變函數。

3.3 初始參數計算模塊

該模塊主要是定義兩類參數：一類是由指定的導彈型號可以得出的確定不變的參數，如導彈本體質量、導彈質量流量、風阻系數等；另一類是導彈在發射與飛行時的可變參數，如各階推力、脫離飛行器時間、姿態角調整函數等等。

3.4 環境參數計算模塊

本文雖然為了該制導系統搭建的簡明性，只選取了重力加速度參數。一些復雜的環境參數，如高空氣壓，湍流等的添加與重力加速度參數的添加并沒有太大的區別。

3.5 中間參數計算模塊

此模塊則在于一些中間變量的計算。在本文中，該模塊便計算了導彈飛行時離地15Km時的飛行時間，并將其作為導彈飛行參數改變的時間點輸送到其它模塊。

參考文獻

[1]高洪月. 彈道導彈的彈道設計與仿真[D].哈爾濱工業大學，2010.

[2]魯中華. 導彈通用彈道模型建立及仿真驗證[D].國防科學技術大學，2009.

[3]李瑜，楊志紅，崔乃剛.助推-滑翔導彈彈道優化研究[J].宇航學報，2008（01）：66-71.