新型末制导炮弹射击模拟训练系统设计与实现

根据国产激光末制导炮弹武器系统的特点和工作原理,设计了新型激光末制导炮弹射击模拟训练系统的工作流程,实现了信息在各模拟子系统间的传输,分析了模拟系统中末制导炮弹对目标的命中条件,利用VR技术和硬件相结合的方法实现了对炮兵战场环境的侦察及弹丸对目标毁伤效果的模拟.部队使用表明该模拟系统能显著提高训练效果,节约大量训练经费.     

末制导炮弹的研制现状及发展趋势

自20世纪末期以来,高新技术大量运用于火炮尤其是弹药的设计和研制中。为了大幅度地提高火炮射击精度,出现了一种将制导技术运用于传统弹药而产生的末制导炮弹。描述了末制导炮弹的制导方式和关键技术,对外军几种典型的末制导炮弹的技术性能进行了简介,总结了末制导炮弹的研制现状及发展趋势。     

激光末制导炮弹半实物仿真系统

根据激光末制导炮弹的组成和工作原理，介绍了半实物仿真试验的作用，设计了适合激光末制导炮弹试验的半实物仿真系统，研究了各仿真试验设备技术方案，重点对激光目标模拟器进行了研究，最后介绍了半实物仿真系统的试验模式。     

末制导炮弹惯性制导仿真及横向散布研究

末制导炮弹通过简易的惯性制导系统使弹丸沿直线飞行以达到增加射程的作用.通过研究末制导炮弹惯性制导系统的工作原理,应用MATLAB/Simulink中的Aerospace Blockset,建立了含俯仰和偏航通道的末制导炮弹惯性制导系统简化模型.分析了炮弹惯性制导系统的横向干扰因素及其带来的横向散布.仿真结果验证了模型的正确性,并给出了减少末制导炮弹横向散布的改进策略.     

末端修正子母弹对面目标的射击效能评估

作为射击精度评估的常用指标,无论是圆概率偏差,还是命中概率都没有涉及面目标的功能结构的重要度,而命中重要程度不同的区域,其射击效能是不同的。针对末修子母弹打击面目标时射击效能的评价问题,在通过数值模拟法产生末修子母弹的落点散布,以及利用毁伤树分析方法对面目标进行功能区域划分的基础上,利用Monte-Carlo仿真方法计算了子母弹对各功能区域的命中概率Pi,并定义了基于区域结构及重要度的射击命中度和毁伤概率,从而综合评估了整体的射击效能。最后通过仿真算例说明了该方法的合理性,并利用均匀设计法定量分析了末修子母弹的性能参数对射击效能的影响。     

末制导炮弹发展趋势及其研究方向

针对末制导炮弹、末制导迫弹以及舰炮发射的制导炮弹,介绍了它们的发展历史及改进情况。分析了末制导炮弹的使用局限性及其优缺点,总结出末制导炮弹的发展趋势是追求精度、射程、威力、智能化以及低成本。介绍末制导炮弹飞行力学研究领域的一些关键技术,如抗高过载技术、空间定向技术、增程技术、导引头扫描规律与捕获域研究、制导律与交接班技术以及费效分析等。     

制导炮弹的发展概况

本文叙述制导炮弹采用半主动激光末制导、红外成象末制导和毫米波末制导的优、缺点。叙述一些国家用榴弹炮、迫击炮、高射炮和海军炮等发射的制导炮弹的结构和研制动向。叙述制导炮弹是一种高技术产品,是部队需用量较多的产品。     

考虑自动驾驶仪动态特性与攻击角约束的模糊自适应动态面末制导律

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末制导段,考虑自动驾驶仪二阶动态特性与攻击角约束,基于模糊自适应逼近与动态面控制提出一种末制导律。构建二维弹目相对运动模型,运用扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角的跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端动态面滑模,设计模糊自适应系统逼近变结构项,削弱自动驾驶仪的控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了闭环系统中视线角的跟踪误差与视线角速率均一致最终有界。仿真实验表明:该制导律使制导炮弹在打击具有不同加速度形式的目标时,均具备较好的末制导性能。     

动能拦截器拦截战术弹道导弹的脱靶量仿真

在末制导段采用动能拦截器拦截战术弹道导弹，可以利用其快速响应的直接力控制技术，提高命中精度，达到直接碰撞杀伤目标的目的，本文探讨了动能拦截器在末制导段拦截战术弹道导弹的轨道和姿态控制规律，建立了拦截的脱靶量仿真数学模型。在此基础上，对在不同给定误差条件下的拦截脱靶量进行了仿真计算与分析。     

射击仿真过程中实体碰撞命中检测模型研究

针对射击仿真过程中空间实体碰撞命中检测问题，在已建立的动力学和运动学模型解决了实体位置、姿态及运动趋势解算基础上，提出了考虑对抗双方实体空间占有区域因素，建立目标几何等效体壳体方程，分析了碰撞发生的必要条件，建立了实体碰撞检测模型，可解算最初碰撞命中点参数，并为之后的毁伤描述提供必要的参数条件。     

考虑齿隙的多约束导引控制一体化设计方法

在舰炮制导炮弹进行远程对岸火力支援的末段,考虑舵机齿隙、限定攻击角以及测量视线角速率受限,提出了一种基于动态面滑模与扩张状态观测器的多约束导引控制一体化设计方法。构建了制导炮弹的导引控制一体化的严反馈串级模型,将舵机视为更符合实际的含齿隙双惯量子系统。针对视线角速率和风等未知干扰,设计扩张状态观测器对其实施迅速而准确的估计。设计具备自适应指数趋近律的非奇异终端滑模,致使视线角速率与视线角跟踪误差在有限时间内零化。在高阶串级系统中合理运用动态面滑模,有效改善微分膨胀问题。运用Lyapunov理论证明了系统一致最终有界性以及重要状态的有限时间收敛性。通过对比仿真实验,在所提方法的调控下,含有舵机齿隙的制导炮弹在打击固定与蛇形机动目标时,均具有良好的制导性能。     

带有攻击角和视场角约束的制导炮弹导引律设计

针对制导炮弹攻击地面目标的末端导引问题, 提出一种带有攻击角和视场角约束的有限时间滑模导引律。首先, 在传统终端滑模面的基础上加入视场角约束, 并构造正切型障碍李雅普诺夫函数来解决滑模面到达段的约束问题, 以保证制导系统在状态受限的情况下有限时间收敛。其次, 利用扩张状态观测器来估计并补偿目标机动带来的扰动, 有效削弱了导引指令的抖振现象。然后, 基于稳定性理论对导引律进行分析与证明。最后, 通过仿真对比验证该导引律的有效性与鲁棒性。仿真结果表明, 该导引律不仅能满足攻击角和视场角约束, 还具有指令连续、制导时间短、命中精度高等优点。     

基于SDRE具有终端碰撞角约束的非线性微分对策制导律

通过非线性微分对策理论讨论了具有终端碰撞角约束的弹目追逃问题,提出了基于求解状态相关黎卡提方程(state dependent Riccati equation,SDRE)的方法解决该微分对策问题,得到了具有终端碰撞角约束的SDRE解析解。提出的终端碰撞角约束制导律是以弹目视线角速率及碰撞角误差为状态向量进行推导,并研究了闭环系统局部渐进稳定的条件。该制导律不需要进行剩余时间的预测。最后针对目标不进行机动、进行阶跃机动、正弦机动及目标最优机动形式4种情况,进行了制导律的仿真验证,仿真结果表明该制导律对于不同机动目标均具有良好的制导效果且能很好地满足末端碰撞角约束要求。     

空中分布式协同时差测量系统目标定位技术研究

针对地面单站低频雷达及多站协同时差测量系统的缺点,提出了一种有源三动平台空中分布式协同时差测量系统。给出了空中分布式协同时差测量系统的目标定位方法,建立了定位及交班误差分析模型,对精度和测量条件等进行了研究。最后,通过仿真验证了其相对于单站雷达的精度。该系统在实现远距离隐身目标高精度定位的同时,可大大降低系统对地面及动平台末制导探测设备的要求。     

带多约束的多弹分布式自适应协同导引律

针对网络化制导弹药打击近岸机动目标的末制导段,基于协同一致性理论与Lyapunov稳定性理论,提出了一种分布式模糊自适应协同导引律。考虑攻击角约束和视线角速率测量受限,构建协同导引系统的状态空间。设计扩张状态观测器(extended state observer, ESO)迅速准确地观测出在视线切向、法向与侧向上的不确定干扰。在视线切向,运用积分滑模设计分布式协同控制量,保证命中时刻在有限时间内趋于一致。在视线法向与侧向,设计了具有自适应指数趋近律的非奇异终端滑模,运用了弹目相对距离与接近速率信息,使终端视线角跟踪误差与视线角速率在有限时间内收敛至零。引入具有万能逼近性的模糊自适应系统(fuzzy adaptive system, FAS),既消除了由滑模切换项诱发的控制量高频抖振,又确保了系统一致最终有界(uniformly ultimately bounded, UUB)。仿真实验表明:与非奇异终端滑模方法相比,该导引律使组网弹药能够以更好的导引性能攻击机动目标。     

火箭弹在定向管内碰撞运动的仿真研究

建立了火箭弹在定向管内运动的碰撞模型,并分析了火箭弹在管内运动的受载情况,在此基础上,对火箭弹在管内的碰撞运动过程进行建模和仿真计算,得出其运动规律。质量偏心、推力偏心和弹管间隙是影响火箭弹在管内碰撞作用和初始扰动参数值的主要因素,在考虑上述因素存在情况下,对火箭弹的碰撞运动进行仿真计算,得出一些有益结论。仿真研究为某火箭炮发射动力学分析和射击精度提高打下基础,为火箭弹和定向管的结构优化设计与制作提供参考和借鉴。     

Integrated guidance and control design for missile with terminal impact angle constraint based on sliding mode control

Aimed at the guidance requirements of some missiles which attack targets with terminal impact angle at the terminal point, a new integrated guidance and control design scheme based on variable structure control approach for missile with terminal impact angle constraint is proposed. First, a mathematical model of an integrated guidance and control model in pitch plane is established, and then nonlinear transformation is employed to transform the mathematical model into a standard form suitable for sliding mode control method design. A sufficient condition for the existence of linear sliding surface is given in terms of linear matrix inequalities (LMIs), based on which the corresponding reaching motion controller is also developed. To verify the effectiveness of the proposed integrated design scheme, the numerical simulation of missile is made. The simulation results demonstrate that the proposed guidance and control law can guide missile to hit the target with desired impact angle and desired flight attitude angle simultaneously.     

基于反演滑模和扩张观测器的带角度约束制导律设计

针对水下动能武器末制导段攻击机动目标,为获得最佳的毁伤效果,结合反演滑模控制方法与线性扩张状态观测器理论,设计了一种带角度约束的非线性制导律。通过对攻击角度的分析,设计了非线性滑模面,并根据滑模面可达条件,将制导律分为两部分设计,既满足了系统能够到达滑模面,又保持了系统状态在滑模面上运动。通过反演变结构获得的制导律,既保证了系统稳定,又具有了滑模控制理论所具有的鲁棒性。考虑到目标机动,将目标机动作为未知扰动,并对该扰动采用线性扩张状态观测器进行估计。该制导律作用下,视线角变化率收敛到零,攻击角度收敛到期望值,实现攻击角度约束。理论证实了制导系统的稳定性,仿真验证了本文所设计制导律的有效性。     

弹丸侵彻混凝土的试验与仿真

通过直径125mm的模型弹对混凝土厚靶的垂直侵彻试验,得到了弹丸侵彻混凝土的最大侵彻深度、冲击漏斗坑、震塌漏斗坑尺寸和着靶姿态等参数值.采用ANSYS/LS-DYNA软件,对弹丸侵彻混凝土靶体试验进行了数值仿真,计算结果在侵彻过程、侵彻深度和靶体破坏现象等方面与试验结果吻合良好.为弹丸侵彻混凝土机理分析和模型试验成果扩展奠定了基础.