李群生 趙剡 魯浩 徐劍蕓 王進(jìn)達(dá)

摘要：針對直升機(jī)機(jī)動的特點(diǎn)，本文采用“速度+方位角”匹配傳遞對準(zhǔn)方案，推導(dǎo)了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測方程，提出了一種新的可觀測度改進(jìn)方法，對其進(jìn)行了證明。采用此方法分析了系統(tǒng)的可觀度，進(jìn)行了多種機(jī)動方式仿真研究，從中選擇出了合適的機(jī)動方案。數(shù)字仿真表明，在搖翼機(jī)動的情況下，對準(zhǔn)精度優(yōu)于5′，完全可以達(dá)到“速度+姿態(tài)”效果，且階數(shù)降低，計算量更小。

關(guān)鍵詞：機(jī)載導(dǎo)彈;傳遞對準(zhǔn);機(jī)動方式;速度+方位角;卡爾曼濾波;直升機(jī)機(jī)動

中圖分類號：TJ765;V212.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-5048（2018）06-0039-05[SQ0]

0引言

通常載機(jī)都配備有高精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)（簡稱為主慣導(dǎo)），因此機(jī)載導(dǎo)彈捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（簡稱為子慣導(dǎo)）的對準(zhǔn)一般采用主慣導(dǎo)提供的信息通過傳遞對準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)[1-2]。對準(zhǔn)的參數(shù)包括姿態(tài)、速度和位置，通常速度和位置的對準(zhǔn)可以由主慣導(dǎo)直接復(fù)制給子慣導(dǎo)，由于主子慣導(dǎo)的相對姿態(tài)受外掛公差、外掛結(jié)構(gòu)撓曲的影響，直接復(fù)制時存在較大的誤差。傳遞對準(zhǔn)的本質(zhì)實(shí)際上是將主慣導(dǎo)提供的參考信息與子慣導(dǎo)的輸出信息相匹配，通過濾波方法估計主子慣導(dǎo)的物理失準(zhǔn)角，從而獲得子慣導(dǎo)導(dǎo)航所需的初始姿態(tài)信息[3]。

文獻(xiàn)[4]首次提出在10s內(nèi)可以達(dá)到1mrad對準(zhǔn)精度的速度+姿態(tài)匹配傳遞對準(zhǔn)后，機(jī)載導(dǎo)彈捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)發(fā)展到了一個新的階段。速度+姿態(tài)匹配傳遞對準(zhǔn)相對于速度匹配傳遞對準(zhǔn)的一個顯著優(yōu)點(diǎn)是不需要做較長時間的S形機(jī)動，只需要做簡單的搖翼機(jī)動就可以完成天向失準(zhǔn)角的估計。速度+姿態(tài)匹配大幅度提高了傳遞對準(zhǔn)的快速性，因此速度+姿態(tài)匹配傳遞對準(zhǔn)也稱為快速傳遞對準(zhǔn)。1997年，美國在F-16戰(zhàn)機(jī)上對快速傳遞對準(zhǔn)進(jìn)行了試飛驗(yàn)證，證明了速度+姿態(tài)匹配可以在10s內(nèi)達(dá)到1mrad精度水平[4]。姿態(tài)匹配有多種形式，如姿態(tài)角匹配[5]、姿態(tài)陣匹配[6]等，文獻(xiàn)[7-8]證明了各種姿態(tài)匹配形式本質(zhì)上是一致的。文獻(xiàn)[9]認(rèn)為主子慣導(dǎo)間Z向撓曲變形小，提出采用速度+Z向姿態(tài)匹配傳遞對準(zhǔn)。文獻(xiàn)[10]給出一種采用速度+主子慣導(dǎo)Z軸安裝誤差角為觀測的改進(jìn)快速傳遞對準(zhǔn)算法，該方法兼具傳統(tǒng)速度加姿態(tài)匹配算法的優(yōu)點(diǎn)，又避開了其在搖翼機(jī)動時對時間延遲、撓曲變形敏感的缺點(diǎn)。

直升機(jī)主慣導(dǎo)采用捷聯(lián)慣導(dǎo)，能夠輸出更多的信息，如角速度等。直升機(jī)相對于固定翼飛機(jī)而言，“機(jī)翼”較短且剛度較大，在飛行過程中變形較小是姿態(tài)匹配能夠順利進(jìn)行的前提，圖1所示為直升機(jī)與固定翼飛機(jī)機(jī)翼對比圖。直升機(jī)能夠進(jìn)行的機(jī)動方式與固定翼飛機(jī)存在較大差別，直升機(jī)更容易進(jìn)行橫滾等角運(yùn)動，使得姿態(tài)匹配算法具有良好的觀測性，濾波器的收斂性較好，對準(zhǔn)的精度增高;固定翼飛機(jī)的運(yùn)動特點(diǎn)是高速的線運(yùn)動，產(chǎn)生線運(yùn)動相對容易，產(chǎn)生角運(yùn)動相對困難，而直升機(jī)在實(shí)戰(zhàn)中飛行速度較小，加減速度也較小，因而單獨(dú)采用速度匹配不容易完成航向角對準(zhǔn)。而且直升機(jī)懸停發(fā)射是其常用的作戰(zhàn)方式，在此種方式下，僅僅采用“速度”匹配方式，無法完成航向角的對準(zhǔn)[11]，這些都對傳遞對準(zhǔn)造成較大的影響，國內(nèi)對該項(xiàng)技術(shù)的研究較少，尚未見到有工程應(yīng)用的報道。

4結(jié)論

本文在直升機(jī)載導(dǎo)彈傳遞對準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種“速度+方位角”的匹配方案。推導(dǎo)了“速度+方位角”的卡爾曼濾波數(shù)學(xué)模型，并通過可觀測性矩陣的奇異值改進(jìn)，結(jié)合直升機(jī)機(jī)動特點(diǎn)，對系統(tǒng)的可觀測性進(jìn)行了分析，選擇出一種適合于直升機(jī)特點(diǎn)的傳遞對準(zhǔn)機(jī)動方案。通過數(shù)字仿真對6種機(jī)動方式進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，在搖翼機(jī)動模式下，所提出的傳遞對準(zhǔn)方案能夠完全達(dá)到“速度+姿態(tài)”的對準(zhǔn)精度，并具有更低的計算復(fù)雜度。

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