近程空地导弹制导与控制系统设计

近程空地导弹制导与控制系统设计

温向华

国营长虹机械厂 广西桂林市象山区 541002

摘要：远程打击在现代战争的重要内容，自海湾战争后，全世界都看到了精确制导武器的威力，不断提升精确制导武器的威力成为现代军事建设的关键，提高精确制导武器的性能，对于提升国家整体军事水平具有重要的意义。对于精确制导武器来说，控制系统的设计对于导弹的性能具有直接的影响。因此为了进一步提升进程空地导弹的性能，本文主要对目前常见的导弹控制设计思路进行解析，并提出了优化设计的措施，希望能够促进进程空地导弹性能的进一步提升。

关键词：空地导弹；控制系统；机动能力

从现代战争的作战思路上来看，往往先通过战场外精确打击来获得战争优势，无论是在局部军事冲突中，还是在大规模的战争中，精确制导炸弹都能发挥重要的作用，因此采取精确制导武器对地方进行打击被各国广泛接受。尤其自海湾战争以来，各国都看到了精确制导武器的战争潜力，不仅具有精确制导功能导弹的比例不断提升，提升随着技术的发展进步，导弹的命中率也在不断提高，现代导弹整体命中率已经能够达到68%以上，这说明了精确制导技术有了长足的发展。在现代战争中运用精确制导导弹，能够对毁伤效果以及毁伤范围进行有效的控制，同时也降低了现代战争的人力资源需求。因此对于各国来说，对于精确制导导弹的研究都是军事研究的重点。在进程空地导弹中其控制系统对于弹体的飞行姿态，以及打击精度具有重要的影响，因此对于控制系统的研究是精确制导武器研究的重点内容，有必要加强对近程空地导弹制导与控制系统的研究设计。

1传统制导控制系统设计存在的问题

在传统的设计思路中一般将制导回路与控制回路进行单独设计，但是此设计思路的实施需要一定的条件，那就是在系统硬件层面上控制回路的宽带需要大于制导回路的宽带。同时这种设计思路下的武器系统在弹目距离较远的情况下往往能够起到比较好的制导控制效果，而在弹目距离较近的情况下则无法保证制导控制的效果。因为在较强的距离下，弹目控制信息变化较为频繁，这就给导弹跟踪制导指令带来了很大的困难，并容易导致末端状态失稳的问题。另外制导回路与控制回路进行独立设计，也难以保证回路之间信息的顺畅共享，在这种设计思路下，回路间的性能指标会有很大的差异，因此无法从相应的目标函数出发，来实现对控制系统的最优设计，也难以进一步的发挥导弹的潜力。由于控制系统的一体化比较差，因此系统中回路比较多，这不仅让设计的过程更加的复杂，同时在设计的过程中也需要考虑到众多回路耦合的问题。如果设计方案没有满足相应的指标，那么控制回路与制导回路就需要进行重新设计，这在很大程度上加大了设计的工作量，也影响了设计工作的整体进度。

2加强设计科学性，提升制导与控制回路一体化的设计方法

基于传统设计思路下，制导回路与控制回路单独设计所导致的一系列弊端。在上世纪80年代就有相关领域学者提出了一体化设计的思路，但是受当时技术条件的制约以及控制设计方法理论的限制，这一思路一直都没有得到实施。随着军事科技的不断发展，军方对导弹的性能提出了更高的要求，而传统的设计思路已经很那进一步提升导弹的性能，在这种情况下，一体化设计思路再次被广大设计人员所关注，在近几十年，微电子技术有了很大的发展，也为实现导弹制导与控制系统的一体化设计提供了有利的条件，同时一体化设计理论也得到了进一步的丰富。目前主要有最优控制法、模糊控制法、鲁棒参数化方法 动态面控制法等可用于指导制导与控制回路一体化设计。

2.1最优控制理论

早在上世纪80年代Williams等研究人员就在 AIAA上发表了基于最优控制理论的一体化设计方案。而 P.K.Menon则提出了一种六自由度的一体化设计模型，并对其进行了反馈线性化，进而研究出了最优控制器。Taylor L.Hughe 提出了 一种纵向平面内末端时间固定的最优控制器，但是该控制器，对于导弹状态有一定的要求，即要求导弹在运行的过程中需要处于净稳定状态，否则无法对其进行解算。

2.2模糊控制方法

Hanafy M. Omar通过对模糊控制论进行深入的研究，从而为模糊控制论提供了一体化的制导律，在该研究成果中，通过选择不同的模糊子集来保证所选取的控制向量最优化。同时，Ching-Fang Lin将最优控制与模糊控制进行融合，从而将末端直接力开启算法引入到一体化设计中。在对导弹制导系统与控制系统进行设计的过程中则利用四阶模型，来对相关的设计方案进行模拟，通过这样的设计方案能够显著提升导弹的命中率。

2.3滑膜理论设计方法

由于滑膜理论下的设计方法具有较强响应速度以及鲁棒性，因此近些年来在导弹控制与制导设计中受到了比较大的关注，同时理论方法本身也获得了比较大的发展。基于滑膜理论设计方法的优势，该设计方法在导弹制导与控制系统一体化设计中也得到了应用。在设计的过程中需要建立导弹纵向与侧向平面的一体化模型，在研究模型的过程中逐渐总结出了滑膜制导律以及自适应滑膜控制器。目前出现了一种针对地面固定目标的末端滑膜控制防范，在纵向平面中已经实现了一体化设计。为了进一步提升导弹打击的侵蚀性，在滑膜理论的基础上还出现了一种能够实现末端角度约束的终端滑膜设计方法。

2.4动态面设计方法

动态面设计方法最早由侯明哲等人提出，该设计方法能够有效解决传统backsteping的计算彭涨问题，能够对导弹进行三通道解耦，并针对导弹三通道解耦合提出了相应的控制律，该设计方法进一步印证了一体化设计方法与传统设计方法相比具有明显的优势。

2.5设计要点

在对现代进程空地导弹进行控制与制导设计的过程中需要保证导弹在运动初期获得一个比较大的攻击角与滑翔角，这样设计的优势在于能够让导弹在运动的初期有一个比较大的过载。同时需要加快导弹攻击角与侧滑角的曲线收敛速率，保证导弹在较大过载但是情况下，能够迅速的调整目标，提升导弹的机动性。在设计中针导弹的滚转通道可以采取相同的控制方法，能够保证变化趋势的一致性，同时能够有效的降低导弹在飞行过程中的滚转现象。在一体化的设计方案中，需要保证末端制导线路更加的笔直，这样设计的优势在于能够让导弹在制导末端也具有比较充足的机动性能。

参考文献：

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