大彎曲彈道捷聯(lián)導(dǎo)引頭制導(dǎo)律研究

李 菁,張 雷，胡俊香

(1.安徽神劍科技股份有限公司， 合肥 230000； 2 陸軍南京軍代局， 南京 210024)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)，精確制導(dǎo)武器是決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵因素。捷聯(lián)式激光導(dǎo)引頭因其技術(shù)成熟、低成本、抗過(guò)載性能良好等特點(diǎn)，多用于精確打擊彈藥。捷聯(lián)式導(dǎo)引頭可根據(jù)探測(cè)到的激光光斑位置信息，可為彈上控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的彈目偏差量信息(含彈目偏差量R、自轉(zhuǎn)角θ)[1-7]。如國(guó)內(nèi)已裝備的激光制導(dǎo)類彈藥多為平射直瞄類彈藥，在采用的彈體追蹤制導(dǎo)律中，根據(jù)導(dǎo)引頭的光斑位置信息，可確定具體的修正方位[8-10]。圖1表示了導(dǎo)引頭輸出彈目偏差量在彈體坐標(biāo)系上的情況。

圖1 導(dǎo)引頭輸出彈目偏差量在彈體坐標(biāo)系上的情況示意圖

1 迫彈彈道特性分析

常用于山地作戰(zhàn)的迫彈平臺(tái)，以45°～80°大射角射擊，全彈道為典型大彎曲彈道全裝藥條件下全彈道曲線見圖2。

圖2 全裝藥條件下全彈道曲線

彈道的彎曲特性及導(dǎo)引頭的捷聯(lián)式固定方式?jīng)Q定了彈丸沿標(biāo)準(zhǔn)彈道(無(wú)需修正即可命中目標(biāo)的理想彈道)飛行的情況下也存在隨彈道傾角變化的固有彈目偏差角，標(biāo)準(zhǔn)彈道下彈目偏差角R與彈道傾角隨時(shí)間的變化見圖3。

由于存在彈道固有的彈目，按照?qǐng)D1根據(jù)導(dǎo)引頭光斑信息確定修正方向?qū)?huì)帶來(lái)較大的偏差，彎曲彈道特性決定了導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律不同于平射直瞄類位置平臺(tái)變化規(guī)律，受重力影響而無(wú)法直接獲得彈目相對(duì)位置關(guān)系，如仍按照?qǐng)D1進(jìn)行控制決策，將導(dǎo)致修正偏差較大，不足以保證修正精度的實(shí)現(xiàn)，常規(guī)的彈體追蹤制導(dǎo)律控制方式已不能適用于迫彈平臺(tái)。因此對(duì)捷聯(lián)式激光導(dǎo)引頭在迫彈平臺(tái)上的光斑變化規(guī)律進(jìn)行分析研究，是迫彈平臺(tái)制導(dǎo)類產(chǎn)品控制方案制定、算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)彈道下彈目偏差角R與彈道傾角與時(shí)間的關(guān)系

2 彈道解算模型建立

根據(jù)迫彈彈道特性，建立彈道解算模型為：

其中：V為存速；c為平均彈道系數(shù)；Cx0(Ma)為43年阻力定律；θ為彈道傾角；g為重力加速度；L為彈目距；R為理論彈目偏差角；X0為射程；Δy為炮目高程差。激光光斑位置信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化模型如圖4所示。

圖4 激光光斑位置信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化模型

彈丸轉(zhuǎn)速為ω，慣導(dǎo)組件實(shí)測(cè)重力方向夾角為θ。已知目標(biāo)靶板與落點(diǎn)間的位置：Δx=X靶-X0，Δz=Z靶-Z0，導(dǎo)引頭實(shí)測(cè)光斑位置信息：彈目偏差角R′=θ1、θ′=θg+Δθ。

3 激光光斑變化規(guī)律分析

根據(jù)仿真計(jì)算可知，當(dāng)彈道預(yù)測(cè)落點(diǎn)在目標(biāo)前方偏左方時(shí)，光斑相對(duì)重力方向變化規(guī)律示意圖如圖5(近10側(cè)10代表彈丸落點(diǎn)落于目標(biāo)左前方位置，縱向射程差為10 m，橫向距離差為10 m)，當(dāng)彈道預(yù)測(cè)落點(diǎn)在目標(biāo)后方偏左方時(shí)，光斑相對(duì)重力方向變化規(guī)律示意圖如圖6所示(遠(yuǎn)10側(cè)20代表彈丸落點(diǎn)落于目標(biāo)左后方置，縱向射程差為-10 m，橫向距離差為20 m)。

4 激光光斑變化規(guī)律在彈體追蹤制導(dǎo)律中的運(yùn)用

考慮重力影響，修正方向應(yīng)為實(shí)測(cè)光斑與理論彈道光斑的連線方向，考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律后修正方向在彈體坐標(biāo)系上的示意圖如圖7。通過(guò)蒙特卡洛打靶法進(jìn)行對(duì)比仿真分析，考慮修正彈道對(duì)導(dǎo)引頭變化規(guī)律的影響量，圖8表示了蒙特卡洛仿真結(jié)果從圖8和表1(未考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律的修正仿真結(jié)果，考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律的修正仿真結(jié)果)仿真結(jié)果，考慮重力影響，將導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律運(yùn)用至制導(dǎo)律設(shè)計(jì)方案中，可有效抑制因修正方向偏差引起的彈丸離群現(xiàn)象，從而提高CEP修正精度。

圖7 考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律后修正方向在彈體坐標(biāo)系上的示意圖

圖8 蒙特卡洛仿真結(jié)果

序號(hào)制導(dǎo)律近射程CEP/m中射程CEP/m遠(yuǎn)射程CEP/m1不考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律(修正方向如圖1)5.0077.6229.7742考慮導(dǎo)引頭光斑變化規(guī)律(修正方向如圖7)3.2724.7406.178

5 結(jié)論

將捷聯(lián)式激光導(dǎo)引頭在彈道末端修正段的探測(cè)光斑變化規(guī)律運(yùn)用至制導(dǎo)律中，可有利提高彈藥的修正精度，提升迫彈平臺(tái)的攻擊效能。