一种机载导弹防御制导的发射规划方法技术

本发明专利技术公开了一种机载导弹防御制导的发射规划方法，包括根据当前来袭弹和载机的运动状态，计算来袭弹从当前时间至击中载机时刻的飞行轨迹；通过可达集分析与覆盖策略建立具备拦截可行性的拦截弹群编队阵形；获取不同时间节点的拦截弹群编队阵形，计算三维中制导编队飞行中的时间/角度约束，确定拦截弹群编队阵形和各弹发射时机；发射拦截弹进行中制导编队飞行，各拦截弹在期望的弹群编队形成时间、速度向量下同时到达阵形中相应的位置，形成针对来袭弹的拦截弹群编队阵形，而后通过协同末制导对来袭弹进行拦截。本发明专利技术提升了低性能拦截弹对高性能机动目标的拦截效果，实现了对多种机动目标的有效拦截。机动目标的有效拦截。机动目标的有效拦截。

【技术实现步骤摘要】
一种机载导弹防御制导的发射规划方法


[0001]本专利技术属于导弹制导系统设计领域，涉及一种机载导弹防御制导的发射规划方法。

技术介绍

[0002]机载主动防御技术通过发射拦截弹毁伤来袭弹实现防御效果，能够有效提升飞行器的战场生存和突防能力，对未来空战场有举足轻重的影响。
[0003]传统制导场景中，制导导弹具有显著的速度、机动优势，采用经典的比例导引法或其扩展型制导律即可满足需求。但在机载防御场景中，受限于飞机的空间载荷，所搭载的小型拦截弹性能有限，与来袭弹相比不仅不再具备速度、机动性上的优势，甚至处于较大的劣势。因此，已有的常规制导方法难以在这样具有劣势的机载导弹防御场景中取得满意性能。
[0004]目前现有技术提升防御机动目标效果的方法有两种，其中一种是提高导弹的单体拦截性能，将目标未来时刻可能的位置作为概率区域，则制导律的设计问题可转换为优化问题，但相关研究主要面向一对一的拦截制导，没有兼顾多弹协同配合，所以难以有效运用于拦截速度、机动能力占优的机动目标。另一种提升拦截机动目标效果的方法是多弹协同拦截，但现有的多约束协同制导方法主要面向静止目标或非机动目标，难以有效运用于高机动目标的拦截场景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种机载导弹防御制导的发射规划方法，实现了低性能拦截弹对多种高性能机动目标的有效拦截。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种机载导弹防御制导的发射规划方法，包括以下步骤：
[0008]根据当前来袭弹和载机的运动状态，计算来袭弹从当前时间至击中载机时刻的飞行轨迹；
[0009]以计算得到的来袭弹飞行轨迹为基础，通过可达集分析与覆盖策略建立具备拦截可行性的拦截弹群编队阵形，使得拦截弹群的可达集合集覆盖来袭弹的可达集；
[0010]获取不同时间节点的拦截弹群编队阵形，计算三维中制导编队飞行中的时间/角度约束，确定拦截弹群编队阵形和各弹发射时机；
[0011]根据计算得到的拦截弹群编队阵形和发射时机，发射拦截弹进行中制导编队飞行，各拦截弹在期望的弹群编队形成时间、速度向量下同时到达阵形中相应的位置，形成针对来袭弹的拦截弹群编队阵形，而后通过协同末制导对来袭弹进行拦截。
[0012]进一步的，获取来袭弹和载机当前的运动状态，包括来袭弹当前速度和位置、载机当前速度和位置r
A
(x
A
，y
A
，z
A
)，计算来袭弹从当前时间至击中载机时刻的飞行轨迹：
[0013]计算视线向量：r
TA
＝r
A
‑
r
T
；
[0014]计算载机与来袭弹的相对速度向量：v
TA
＝v
A
‑
r
T
；
[0015]计算载机与来袭弹的接近速度向量：V
c，TA
＝
‑
r
TA
·
v
TA
/|r
TA
|；
[0016]计算载机与来袭弹的视线角速度：Ω
TA
＝r
TA
×
v
TA
/(r
TA
·
r
TA
)；
[0017]计算来袭弹制导指令：a
cmd,T
＝
‑
N
·
|v
TA
|
·
F
TA
×
Ω
TA
/|r
TA
|；
[0018]计算新的载机与来袭弹速度向量：v
T
＝v
T
+a
cmd,T
·
dt，v
A
＝v
A
+a
cmd,A
·
dt；
[0019]计算新的载机与来袭弹位置：r
T
＝r
T
+v
T
·
dt,r
A
＝r
A
+v
A
·
dt，直到V
c，TA
≤0；
[0020]其中，v
T
为来袭弹当前速度，r
T
(x
T
，y
T
，z
T
)为来袭弹当前位置，v
A
为载机当前速度，r
A
(x
A
，y
A
，z
A
)为载机当前位置，N为有效导航比，a
cmd,A
为载机运动指令。
[0021]进一步的，所述拦截弹群编队阵形包括拦截弹数量、各拦截弹的位置及速度向量，所述拦截弹群编队阵形位于来袭弹的位置速度合向量与载机的位置速度合向量所组成的平面，该平面法向量N
normal
的计算表达式为：
[0022]N
normal
＝(r
T
+V
T
)
×
(r
A
+V
A
)
[0023]其中，V
T
为来袭弹的速度向量，V
A
为载机的速度向量。
[0024]进一步的，所述拦截弹群编队阵形中拦截弹数量n的计算方法为：
[0025][0026]其中，符号为向上取整函数，
△
θ
T，max
为目标航向角，
△
θ
Tc
为覆盖角度。
[0027]进一步的，所述拦截弹群编队阵形中各拦截弹的单位速度向量由来袭弹速度向量绕拦截编队平面的法向量旋转得到，根据Rodrigues旋转公式得其计算表达式为：
[0028][0029]其中，为拦截弹M
i
旋转后的向量，为拦截弹M
i
的旋转角度；
[0030]所述拦截弹M
i
的旋转角度计算方法为：
[0031][0032]其中，i为第i枚拦截弹Mi数值。
[0033]进一步的，所述拦截弹群编队阵形中各拦截弹的位置计算方法为：
[0034][0035][0036][0037]其中，为拦截弹M
i
的位置，为来袭弹的最小转弯半径，为拦截弹M
i
相对于来袭弹的相对位置向量，为拦截弹Mi相对于来袭弹的相对角度。
[0038]进一步的，所述三维中制导编队飞行中每个拦截弹的时间/角度约束为：
[0039][0040]其中，拦截弹和目标位置坐标为(x
m
，y
m
，z
m
)和(x
t
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载导弹防御制导的发射规划方法，其特征在于，包括以下步骤：根据当前来袭弹和载机的运动状态，计算来袭弹从当前时间至击中载机时刻的飞行轨迹；以计算得到的来袭弹飞行轨迹为基础，通过可达集分析与覆盖策略建立具备拦截可行性的拦截弹群编队阵形，使得拦截弹群的可达集合集覆盖来袭弹的可达集；获取不同时间节点的拦截弹群编队阵形，计算三维中制导编队飞行中的时间/角度约束，确定拦截弹群编队阵形和各弹发射时机；根据计算得到的拦截弹群编队阵形和发射时机，发射拦截弹进行中制导编队飞行，各拦截弹在期望的弹群编队形成时间、速度向量下同时到达阵形中相应的位置，形成针对来袭弹的拦截弹群编队阵形，而后通过协同末制导对来袭弹进行拦截。2.根据权利要求1所述的一种机载导弹防御制导的发射规划方法，其特征在于，获取来袭弹和载机当前的运动状态，包括来袭弹当前速度和位置、载机当前速度和位置r
A
(x
A
，y
A
，z
A
)，计算来袭弹从当前时间至击中载机时刻的飞行轨迹：计算视线向量：r
TA
＝r
A
‑
r
T
；计算载机与来袭弹的相对速度向量：v
TA
＝v
A
‑
r
T
；计算载机与来袭弹的接近速度向量：V
c，TA
＝
‑
r
TA
·
v
TA
/|r
TA
|；计算载机与来袭弹的视线角速度：Ω
TA
＝r
TA
×
v
TA
/(r
TA
·
r
TA
)；计算来袭弹制导指令：a
cmd，T
＝
‑
N
·
|v
TA
|
·
r
TA
×
Ω
TA
/|r
TA
|；计算新的载机与来袭弹速度向量：v
T
＝v
T
+a
cmd,T
·
dt，v
A
＝v
A
+a
cmd，A
·
dt；计算新的载机与来袭弹位置：r
T
＝r
T
+v
T
·
dt,r
A
＝r
A
+v
A
·
dt，直到V
c，TA
≤0；其中，v
T
为来袭弹当前速度，r
T
(x
T
，y
T
，z
T
)为来袭弹当前位置，v
A
为载机当前速度，r
A
(x
A
，y
A
，z
A
)为载机当前位置，N为有效导航比，a
cmd，A
为载机运动指令。3.根据权利要求1所述的一种机载导弹防御制导的发射规划方法，其特征在于，所述拦截弹群编队阵形包括拦截弹数量、各拦截弹的位置及速度向量，所述拦截弹群编队阵形位于来袭弹的位置速度合向量与载机的位置速度合向量所组成的平面，该平面法向量N
normal
的计算表达式为：N
normal
＝(r
T
+V
T
)
×
(r
A
+V
A
)其中，V
T
为来袭弹的速度向量，V
A
为载机的速度向量。4.根据权利要求3所述的一种机载导弹防御制导的发射规划方法，其特征在于，所述拦截弹群编队阵形中拦截弹数量n的计算方法为：其中，符号为向上取整函数，Δθ
T,m...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫星辉，徐雨蕾，唐羽中，任仕卿，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：