摘 要：本文結(jié)合實際工程研制經(jīng)驗，分析了滾仰式半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理，針對隔離 度影響制導(dǎo)回路產(chǎn)生脫靶量的問題，在滾仰式半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)模型中設(shè)計由隔離度產(chǎn)生的寄生回 路，從而研究隔離度對制導(dǎo)指令的影響以及制導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定性受到干擾力矩等因素的影響;當滾轉(zhuǎn) 框取不同角度時，以典型干擾作為系統(tǒng)誤差輸入，通過仿真計算分析了隔離度對基于比例導(dǎo)引律 的半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)脫靶量的影響。仿真結(jié)果表明阻尼力矩、較大的導(dǎo)航比和迎頭攔截模式下系統(tǒng) 穩(wěn)定性降低，相同隔離度條件下，不同滾轉(zhuǎn)框架角對脫靶量影響變化不一，但總體上負隔離度使 得系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。

　　關(guān)鍵詞：制導(dǎo)律;滾仰導(dǎo)引頭;穩(wěn)定性;脫靶量;隔離度;框架角

　　0 引 言

　　滾仰式半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)引頭具有輕量化、 小型化、工程結(jié)構(gòu)易實現(xiàn)、增大導(dǎo)引頭離軸角等優(yōu) 點，且探測器的瞬時視場比全捷聯(lián)系統(tǒng)更小，目標 快速跟蹤響應(yīng)更快，工程應(yīng)用前景廣泛[1]。但因該 系統(tǒng)沒有設(shè)計獨立穩(wěn)定平臺，紅外導(dǎo)引頭不能直接 測量光軸相對慣性空間的角速率，制導(dǎo)系統(tǒng)無法利 用該信息來隔離彈體對光軸的擾動，引起寄生耦合 效應(yīng)，系統(tǒng)產(chǎn)生等效增益大、彈體擾動耦合到導(dǎo)引 頭光軸上等隔離度問題，從而導(dǎo)致制導(dǎo)系統(tǒng)震蕩甚 至發(fā)散以及制導(dǎo)精度下降[2]。

　　隔離度定義為由彈體擾動引起的導(dǎo)引頭輸出 附加視線角速率相對于彈體姿態(tài)角速率的比值，表 征導(dǎo)引系統(tǒng)去耦彈體擾動的能力，其傳遞函數(shù)為 ( ) ( )/ ( ) G s q s s p =   ，其中 ( )s 為彈體姿態(tài)角速 率， q s( ) 為由彈體姿態(tài)角變化導(dǎo)致導(dǎo)引頭輸出的 附加視線角速率[3]。 工程上應(yīng)用半捷聯(lián)導(dǎo)引技術(shù)的制導(dǎo)武器主要 有美國的 AIM-9X Block II 和歐洲的 IRIS-T 空空導(dǎo) 彈等[4]，該技術(shù)可節(jié)省導(dǎo)彈負載空間，擴大攻擊包 線和離軸角。

　　目前，學(xué)術(shù)和工程上對滾仰式半捷聯(lián) 制導(dǎo)系統(tǒng)的隔離度研究工作主要涉及：寄生耦合回 路研究、視線角速率提取、制導(dǎo)精度分析和隔離度 影響因素等[5]。 祁載康、李富貴等不僅研究了彈目視線角速率 信號測量和提取品質(zhì)受隔離度的影響，同時分析了 其引起的寄生回路對最優(yōu)制導(dǎo)律性能的影響，表明 該寄生回路對制導(dǎo)穩(wěn)定性和控制性都是不利的 [6][7];周桃品等從導(dǎo)引頭隔離度引起的寄生耦合特 性和系統(tǒng)輸出響應(yīng)方面，仿真分析了制導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定 性受到的影響[8];胡歐磊等針對半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)， 設(shè)計了基于強跟蹤無跡卡爾曼濾波(STUKF)的隔 離度在線補償方法[9];胡洋等研究了包括對準誤差、 干擾力矩、角速率測量誤差等誘因?qū)Π虢萋?lián)制導(dǎo)系 統(tǒng)隔離度的影響[10]。

　　此外，可應(yīng)用于空空導(dǎo)彈的制導(dǎo)律形式同樣決 定著制導(dǎo)系統(tǒng)性能的水平。結(jié)合目前彈載器件水 平，采用諸如最優(yōu)制導(dǎo)律的空空導(dǎo)彈，需用末制導(dǎo) 時間短、需用末端過載小，可有效減小脫靶量、提 高攔截概率，提升導(dǎo)彈制導(dǎo)性能[7][11]。雖然目前研 究人員在特定制導(dǎo)問題下獲得了一系列的最優(yōu)制 導(dǎo)律，但這些最優(yōu)制導(dǎo)律均未能準確考慮目標狀態(tài) 估計。

　　同時，隔離度寄生回路對最優(yōu)制導(dǎo)律的影響 較大，即使獲取的估計信息準確，只有當隔離度小 于2%時，最優(yōu)制導(dǎo)律的脫靶量才小于比例導(dǎo)引 律，而當估計信息存在誤差時，只有更小的隔離度 才能滿足系統(tǒng)性能指標，這在目前的工程應(yīng)用上是 難以實現(xiàn)的[12]，加之工程上未能結(jié)合導(dǎo)引頭量測水 平提供最優(yōu)制導(dǎo)律的制導(dǎo)信息獲取和裝訂方法，這使當前最優(yōu)制導(dǎo)律的應(yīng)用存在較大缺陷[13]。

　　工程應(yīng)用時，需考慮隔離度對制導(dǎo)信息的提取 精度和提取難度等方面的影響，必須嚴格控制導(dǎo)引 頭隔離度的指標以抑制寄生回路的影響，而比例導(dǎo) 引律對隔離度影響的敏感度相對較低,且工程實現(xiàn) 技術(shù)成熟。當前科研人員對引頭隔離度的研究中， 針對應(yīng)用比例導(dǎo)引律的滾仰式半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)涉 及較少，而這對于滾仰式導(dǎo)引頭的工程研制卻具有 非�，F(xiàn)實的意義[14]。

　　1 制導(dǎo)系統(tǒng)建模

　　1.1 滾仰式半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)工作原理

　　半捷聯(lián)制導(dǎo)系統(tǒng)的特點在于導(dǎo)引頭平臺上沒 有慣性陀螺，因此無法直接輸出視線角速度這一常 規(guī)制導(dǎo)律所需要的制導(dǎo)信息;另外導(dǎo)引頭在視線穩(wěn) 定與跟蹤時，需要利用彈體陀螺提供的慣性信息進 行控制。在制導(dǎo)系統(tǒng)閉合時，需要導(dǎo)引頭提供視線 角速度信息，工程上可以采用視線角重構(gòu)后微分的 方法，但這種方法由于引入微分而加大了誤差，因 此采用卡爾曼濾波技術(shù)進行視線角速度的提取能 得到更高精度的視線角速度信息，該技術(shù)在此不再贅述。在搭建制導(dǎo)系統(tǒng)框圖時，只考慮半捷聯(lián)導(dǎo)引 頭在制導(dǎo)大回路的功能屬性，將其內(nèi)部工作時序及 狀態(tài)簡化為一個傳函，以實現(xiàn)制導(dǎo)大回路功能的完 善與簡便[5]。

　　2 隔離度寄生回路穩(wěn)定性分析

　　彈體相對導(dǎo)引頭的擾動造成導(dǎo)引頭輸出附加 的彈目視線角速率 q ，制導(dǎo)系統(tǒng)利用疊加 q 后的 視線角速率計算輸出包含擾動誤差的制導(dǎo)指令 c a ， 舵控系統(tǒng)根據(jù)指令改變彈體運動姿態(tài)，產(chǎn)生附加彈 體擾動，該擾動又會使導(dǎo)引頭輸出疊加 q 的彈目 視線角速率信號，這樣就形成了一個隔離度寄生回 路，使制導(dǎo)回路穩(wěn)定性降低。

　　3 制導(dǎo)系統(tǒng)仿真與分析

　　綜上可知，不同的外環(huán)滾轉(zhuǎn)框架角  R ，對兩個 通道上的寄生回路產(chǎn)生的實際制導(dǎo)指令影響各異。 本章將分析當滾轉(zhuǎn)框取不同角度時，隔離度寄生回 路對制導(dǎo)性能的影響，以典型空空導(dǎo)彈為例。

　　4 結(jié) 論

　　本文通過使用比例導(dǎo)引律，取目標常值機動和 初始指向誤差為典型的誤差源，建立了包含滾仰導(dǎo) 引頭隔離度寄生回路的兩通道制導(dǎo)控制系統(tǒng)模型。 通過仿真分析了在給定隔離度和不同滾轉(zhuǎn)框架角 的條件下，制導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定性、制導(dǎo)指令和制導(dǎo)精度 受隔離度寄生回路的影響。

　　自動化論文范例：工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)在選煤廠中的應(yīng)用

　　由仿真結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

　　(1)隨著外環(huán)滾轉(zhuǎn)框架角  R 在 0 ~90 范圍內(nèi) 增大，主通道脫靶量逐漸減小;而  R 分別在 0 ~45 和 45 ~90 范圍內(nèi)增大時，耦合通道的脫 靶量先增大后減小;當 R = 0 和 R  = 90 時耦合 通道的脫靶量相同，R = 22.5 和 R = 67.5 時情 況相同。

　　(2)隔離度相同時，滾轉(zhuǎn)框偏轉(zhuǎn)角度影響兩通 道的脫靶量大小，而滾轉(zhuǎn)框轉(zhuǎn)動相同角度時，正的 隔離度將比負的隔離度引起更大的脫靶量幅值，負 的隔離度使得制導(dǎo)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。

　　(3)隔離度對制導(dǎo)穩(wěn)定性的影響不僅隨干擾力 矩變化，也會隨著比例導(dǎo)引系數(shù) N 和接近速度與導(dǎo) 彈速度的比值 Vc/Vm 的增大而減小。目標速度較 大時，迎頭攔截比尾追攻擊下的 Vc/Vm 大很多， 因此迎頭攻擊態(tài)勢下寄生回路穩(wěn)定性降低。隨飛行 高度上升，表示導(dǎo)彈姿態(tài)響應(yīng)的快速性的攻角時間 常數(shù) T 顯著增加，寄生回路穩(wěn)定域變小，而制導(dǎo)時 間常數(shù) Tg 則與穩(wěn)定域正相關(guān)。

　　參考文獻：

　　[1] Nesline F W，Paul Zarchan.Missile Guidance Design Tradeoffs for High Altitude Air Defense[J].AIAA Journal of Guidance，Control and Dynamics，1983，6(3) : 207 -212.

　　作者：胡一帆 1*，任宏光 1，楊 碩 2，張躍坤 1