制导组——仿真结果

计算机辅助设计课程设计任务报告

基于“标准-3”的多拦截器协同反导建模与仿真

授课教师：高长生、钟永健（助教）

课题组成员：同学们写上

哈尔滨工业大学航天学院

航天工程系

2011年9月

- I -

哈工大自主空间系统技术实验室技术报告

目录

第1章翻译组 (1)

1.1 英文1/郭建 (1)

1.1.1 自主导 (1)

第2章体系组 (3)

2.1 任务描述/鲁柱锋/赵航/张众正 (3)

第3章拟合组 (4)

3.1 任务描述/王飞/宋春林 (4)

第4章制导组 (5)

4.1 任务描述/赵曦/李涧青/张启龙 (5)

第5章控制组 (14)

5.1 任务描述/王田野/肖盈莹 (14)

- II -

目录

第1章翻译组

1.1英文1/郭建

格式按照“gao首行缩2”、宋体、小四，

1.1.1自主导

格式按照“gao首行缩2”、宋体、小四，

1.1.1.1惯性导航

格式按照“gao首行缩2”、宋体、小四，各级标题由各小组统一定

表1探测器的主要性能

- 1 -

哈工大自主空间系统技术实验室技术报告

- 2 -

5101520-500

50卫星运行时间(h)

位置矢量径向误差(m )

5101520

卫星运行时间(h)

速度矢量径向误差(m /s )

图3-15 利用迭代最小二乘方法的24小时导航误差历程

第2章体系组

第2章体系组

2.1任务描述/鲁柱锋/赵航/张众正

格式按照“gao首行缩2”、宋体、小四，各级标题由各小组统一定

- 3 -

哈工大自主空间系统技术实验室技术报告

第3章拟合组

3.1任务描述/王飞/宋春林

格式按照“gao首行缩2”、宋体、小四，各级标题由各小组统一定

- 4 -

第4章制导组

第4章制导组

4.1任务描述

EKV(Exoatmospheric Kill Vehicle)是美国MD（Missile Defense）系统下GBI（Group-Based Interceptor）的弹头部分，其主要用于拦截大气层外飞行的弹头目标。EKV采取逆轨迎头碰撞方式实施拦截，即以目标弹头速度矢的反向正面迎击（交会角接近于零且末段拦截轨迹近似于目标弹道的逆向弹道) 。它的优势在于：在大气层外，目标还没有机动，拦截相对容易；在大气层外将目标弹拦截，可以减少对己方的破坏；即使拦截不成功，还可在低空进行拦截，为后续拦截争取时间。

在不考虑助推段飞行偏差及中段调姿偏差的情况下，为定量分析和评估EKV对中远程弹道导弹的拦截性能或某机动弹头的中段突防性能，需进行EKV末段拦截弹道仿真。由于EKV末制导时间较短(仅为20 ～25 s) ，最大轨控能力有限(约为4g ) ，且其拦截高程、空域受助推火箭投送能力及GB I 部署位置所限，因此需要对拦截仿真的初始状态进行必要的约束以保证仿真结果更贴近实际。

4.2EKV末段拦截弹道假设

本文只对EKV末段拦截进行研究，即自红外导引头成功捕获目标到拦截结束。假设拦截末段EKV处于理想拦截状态，具体如下：

1.姿态稳定，红外导引头能持续跟踪目标；

2.红外导引头无探测偏差；

3.末制导系统理想工作，不考虑延迟等因素的影响；

4.轨控加速度在最大能力范围内与指令加速度相等。

4.3EKV末段拦截弹道建模

EKV末段拦截弹道仿真模型可包括拦截器结构模型、运动学与动力学模型、传感器测量模型以及制导控制模型等，如图1所示。

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图1 动能拦截器制导控制系统仿真结构图

在本文中，简化了动能拦截器制导控制系统模型，仅考虑运动学与动力学模型、数据处理和轨道运动控制。

4.3.1 来袭弹运动学模型

EKV 末段拦截过程中，来袭弹尚未机动，即处于自由运动状态仅考虑地球引力作用，忽略柯氏及牵连惯性力的作用。则来袭弹运动的微分方程为：

(,,,,,)T tx ty tz tx ty tz

T v v v a a a = 则：

T

AT Bu =+

式中，0

001000000100

000010000000000000

0A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥

=⎢

⎥⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎣⎦，0000000000000000000

001000000100

1B ⎡⎤

⎢⎥⎢

⎥⎢⎥

=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦

，u 为地球引力加速度矢量00g ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦

。

第4章 制导组

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4.3.2 动能拦截器动力学模型及其比例引导法

来袭弹和拦截弹的相对运动分解到水平面和铅垂面。则在铅垂面内相对运动方程及引导方程为（图2）：

co s()co s()sin ()sin ()cm

m m cm c c cm cm cm

m m cm c c cm c cm d D v v d t

d D v v d t d d N d t d t θεθεεθεθεθε⎧=---⎪⎪

⎪=---⎨⎪

⎪

=⎪

⎩

式中，cm D 为拦截弹至来袭弹头的斜距，且指向来袭弹头为正；

cm

ε为视

线高低角；,m m v θ为来袭弹头速度及倾角；,c c v θ为拦截导弹的速度及倾角；N 为比例引导系数（以下计算过程中：N=7）。

图2 来袭弹和拦截弹运动状态铅垂面示意图

水平面内的相对运动及导引模型同铅垂面，则不作具体讨论。

4.4 KEV 末段拦截弹道确定

4.4.1 来袭弹初始状态确定

来袭弹初始状态为末段拦截弹道初始时刻t0目标的运动状态。首先根据来袭弹末段运动状态方程建立一条标准的目标自由段弹道，然后根据EKV 末段拦截对目标位置、高程的约束确定t0具体值。t0确定后，目标初始状态