减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法与流程

1.本发明属于导弹技术领域，具体涉及一种垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法。


背景技术：

2.垂直发射远程导弹发射后，飞控装置需要在爬升段对导弹的弹道倾角进行控制，保证导弹按照程序弹道倾角指令进行转弯，同时保证弹道最高点散布较小。获得弹道倾角指令传统方法是利用弹上时间插射前优化的方案角指令得到。通过仿真分析，在不同拉偏条件下，弹道最高点散布较大，这对后续的高度控制、射程和落速等均非常不利。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法，以垂直发射远程导弹为背景，对初始爬升段的弹道倾角指令插值方法进行研究，定义新的弹道倾角指令参考轴，并用射前优化得到的倾角指令与参考轴生成插值表，利用导弹位置在参考轴上的投影作为插值变量进行一维插值得到弹道倾角指令，计算结果表明本发明能够非常有效得解决时间插值弹道倾角指令带来的弹道高度散布问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
5.步骤1：定义弹道倾角参考轴与发射系xoy在同一平面且与x轴夹角为，其中x为前向位置，y为纵向位置；
6.步骤2：利用导弹位置在弹道倾角参考轴上的投影插值得到弹道倾角；
7.步骤3：在发射前根据倾角指令与参考轴角度生成插值表，在发射中利用导弹位置在参考轴上的投影作为插值变量进行一维插值得到弹道倾角指令，然后控制弹道倾角跟随弹道倾角指令。
8.优选地，所述
°
，则点火时刻和弹道最高点时导弹速度与参考轴夹角均为45
°
。
9.优选地，所述为随时间变化的时变值。
10.本发明的有益效果如下：
11.本发明方法由于采用了位置在参考轴上的投影作为插值变量，可以有效屏蔽掉由于温度不同带来的发动机推力在时间轴上散布的影响，较好地解决了弹道高度散布较大问题。
附图说明
12.图1 是本发明实施例时间插值弹道倾角指令变化曲线。
13.图2 是本发明实施例时间插值对应不同温度弹道高度变化曲线。
14.图3 是本发明实施例导弹位置x插值弹道倾角及局部放大曲线，（a）弹道倾角放大曲线，（b）局部放大曲线。
15.图4 是本发明实施例导弹位置y插值弹道倾角及局部放大曲线，（a）弹道倾角放大曲线，（b）局部放大曲线。
16.图5 是本发明实施例弹道倾角指令随xy45
°
插值曲线。
17.图6 是本发明实施例不同温度发动机推力曲线。
18.图7 是本发明实施例不同温度弹道倾角指令曲线。
19.图8 是本发明实施例弹道高度随时间变化曲线。
20.图9 是本发明实施例弹道高度随导弹位置x变化曲线。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
22.某垂直发射远程导弹初始转弯段采用弹上时间插值弹道倾角控制转弯，由于发动机工作温度不同推力曲线差异较大等原因会带来爬升段高度散布较大，采用时间插值得到弹道倾角指令表时最高点散布约15km，这对后续的高度控制、射程和落速等均有较大的影响。指令曲线如图1所示，高度散布如图2所示。本发明通过优化弹道倾角插值方法，解决弹道高度散布问题。
23.为解决上述问题，本发明提供一种弹道倾角指令插值方法，保证插值变量单调的同时，能够解决传统时间插值方法带来的高度散布问题。
24.为解决高度散布问题，首先联想到使用位置插值，保证在位置到规定值的时候，倾角指令为0，则可大幅度减小高度散布。尝试弹道倾角随导弹位置x或者位置y插值得到，绘制随x插值得到的弹道倾角曲线和局部放大如图3所示，从图中可以看出垂直发射初始段导弹位置可能会不单调且垂直发射初始段弹道倾角指令随x变化斜率过大，这都不利于得到平滑的弹道倾角指令。绘制随y插值得到的弹道倾角曲线和局部放大如图4所示。从图中可以看出弹道最高点也是导弹倾角指令随y变化斜率由正变负的点，也就是为保证插值表的单调只能取到最高点，这样微小的高度正散布也会带来外插问题。
25.一种减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法，主要包括以下内容：
26.如下图所示，定义弹道倾角参考轴，与发射系xoy（x为前向位置，y为纵向位置）在同一平面且与x轴夹角为固定值或者时变值，下面以固定值为例进行说明。
27.利用导弹位置在参考轴上的投影插值得到弹道倾角。
28.考虑到垂直发射情况取
°
，这样可以保证点火时刻和弹道最高点导弹速度与参考轴夹角均为45
°
，绘制弹道倾角指令变化曲线如图5所示，从图中可以看出，弹道倾角过零点对应弹道最高点，重新定义参考轴之后，很好解决了初始段弹道倾角随导弹位置x或y变化斜率过大甚至不单调的问题。
29.由于采用了位置在某参考轴上的投影作为插值变量，可以有效屏蔽掉由于温度不同带来的发动机推力在时间轴上散布的影响。
30.具体实施例：
31.1. 系统
32.垂直发射远程导弹发射后弹载计算机根据装定的爬升方案角插值表进行插值得到弹道倾角指令，通过弹道倾角指令与弹道倾角偏差计算得到舵偏角指令。电动舵机执行弹载计算机发出的舵偏角指令，产生控制力矩，控制导弹转向目标方向。为增强弹道倾角指令的适应性，避免因为发动机推力散布等原因带来的弹道高度散布过大问题，需要对弹道倾角指令生成方法进行设计。
33.2. 方法
34.本发明改变传统的时间插值得到弹道倾角指令方法，定义新的弹道倾角指令参考轴，并用射前优化得到的倾角指令与参考轴生成插值表，利用导弹位置在参考轴上的投影作为插值变量进行一维插值得到弹道倾角指令，然后控制弹道倾角跟随弹道倾角指令。较好地解决了弹道高度散布较大问题。
35.采用相同的发射前优化结果，只改变插值方法，对比不同弹道倾角插值方法对弹道高度散布的影响。
36.在不同温度（-10℃、20℃、45℃）条件下发动机推力曲线如图6所示，可以看出发动机工作时间和推力大小差异较大。采用时间插值正如上面所述，带来最高点高度散布约15km。
37.利用本发明方法插值得到弹道倾角，考虑到垂直发射情况取
°
，这样可以保证点火时刻和弹道最高点导弹速度与参考轴夹角均为45
°
。
38.绘制不同温度下弹道倾角指令变化曲线如图7所示，从图中可以看出弹道倾角指令会有一定的差异以适应温度变化。绘制弹道高度随时间和导弹位置x变化曲线如图8和图9所示，可以看出不同温度下使用新方法虽然达到最高点的时间有所不同，但弹道高度散布极小，达到了预期的目的。


技术特征：
1.一种减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：定义弹道倾角参考轴与发射系xoy在同一平面且与x轴夹角为，其中x为前向位置，y为纵向位置；步骤2：利用导弹位置在弹道倾角参考轴上的投影插值得到弹道倾角；步骤3：在发射前根据倾角指令与参考轴角度生成插值表，在发射中利用导弹位置在参考轴上的投影作为插值变量进行一维插值得到弹道倾角指令，然后控制弹道倾角跟随弹道倾角指令。2.根据权利要求1所述的一种减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法，其特征在于，所述
°
，则点火时刻和弹道最高点时导弹速度与参考轴夹角均为45
°
。3.根据权利要求1所述的一种减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法，其特征在于，所述为随时间变化的时变值。

技术总结
本发明公开了一种减小高度散布的垂直发射远程导弹转弯程序角生成方法，以垂直发射远程导弹为背景，对初始爬升段的弹道倾角指令插值方法进行研究，定义新的弹道倾角指令参考轴，并用射前优化得到的倾角指令与参考轴生成插值表，利用导弹位置在参考轴上的投影作为插值变量进行一维插值得到弹道倾角指令，计算结果表明本发明能够非常有效得解决时间插值弹道倾角指令带来的弹道高度散布问题。道倾角指令带来的弹道高度散布问题。道倾角指令带来的弹道高度散布问题。


技术研发人员：苗昊春 邓海鹏 牛智奇 刘梦焱 栗金平 高登巍 杨云刚 刘琦 樊鑫 李晚秋 闫俊良 朱克炜 王姣 娄江 周群凯 韩琰 戴存喜
受保护的技术使用者：西安现代控制技术研究所
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/13