侯素娟曹 勇

（1.中國人民解放軍92515部隊(duì)，葫蘆島 125000；2.中國人民解放軍92419部隊(duì)，興城 125106）

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無人機(jī)躲避導(dǎo)彈殺傷的測(cè)控特性分析

侯素娟1曹 勇2

（1.中國人民解放軍92515部隊(duì)，葫蘆島 125000；2.中國人民解放軍92419部隊(duì)，興城 125106）

摘 要：本文基于武器系統(tǒng)與無人機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，探尋最優(yōu)躲避途徑，并對(duì)其測(cè)控特性進(jìn)行研究。通過對(duì)加速度、作用時(shí)間等影響因素的分析，得出結(jié)論：通過多時(shí)刻的采樣，以誤差信號(hào)為反饋，可以作為一種有效的測(cè)控方法。同時(shí)，期望本文的研究，能夠?qū)o人機(jī)躲避導(dǎo)彈殺傷的理論研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 導(dǎo)彈殺傷 測(cè)控特性

引言

無人機(jī)（UAV）在當(dāng)今世界中得到越來越多的重視和關(guān)注，起初用于訓(xùn)練[1]，在未來的戰(zhàn)場(chǎng)上將成為關(guān)鍵武器之一[2]。無人飛行器與普通飛行器相比，機(jī)體一般較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，研制和生產(chǎn)成本較低，同時(shí)也在民用方面得到越來越多的應(yīng)用[3]。

現(xiàn)在，普遍用優(yōu)化設(shè)計(jì)理論來指導(dǎo)測(cè)控規(guī)律研究。與傳統(tǒng)的方法不同，當(dāng)無人機(jī)與武器系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過載接近時(shí)，有較為明顯的優(yōu)勢(shì)[4]。對(duì)無人機(jī)信號(hào)反饋的影響，也是研究測(cè)控特性的重要方向。受計(jì)算機(jī)軟硬件發(fā)展的限制，不易進(jìn)行多階的無人機(jī)模型測(cè)控特性分析，且其不一定具有顯著的優(yōu)勢(shì)[5]。本文忽略無人機(jī)縱向加速度，重點(diǎn)為理論推導(dǎo)和模擬仿真[6]。隨著學(xué)者對(duì)該方面研究的深入，也陸續(xù)涌現(xiàn)出很多新觀點(diǎn)，如將無人機(jī)與導(dǎo)彈的方位關(guān)系設(shè)為非常量[7-9]。圖1、圖2和圖3是常見的無人機(jī)示例。

圖1 石雞BQM-74E靶機(jī)從艦上發(fā)射瞬間

圖2 S-100艦載無人機(jī)

圖3 雷錫恩公司的SilentEyes無人機(jī)

1 導(dǎo)彈攻擊

導(dǎo)彈攻擊主要包括引導(dǎo)、搜索和識(shí)別、瞄準(zhǔn)、發(fā)射四個(gè)階段[10]。當(dāng)?shù)玫桨l(fā)射命令時(shí)，地面測(cè)控設(shè)備引導(dǎo)導(dǎo)彈飛往目標(biāo)區(qū)域，繼而由彈上雷達(dá)（見圖4）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索和識(shí)別，將目標(biāo)保持在戰(zhàn)斗部能造成殺傷的扇形范圍里，導(dǎo)彈進(jìn)入追蹤狀態(tài)。此時(shí)，雷達(dá)將目標(biāo)相關(guān)參數(shù)傳遞至彈上計(jì)算機(jī)，供彈上計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。當(dāng)彈上計(jì)算機(jī)認(rèn)為參數(shù)符合指標(biāo)要求，將觸發(fā)引信，引發(fā)戰(zhàn)斗部，攻擊目標(biāo)。各階段所需時(shí)間見表1所示。

圖4 雷達(dá)系統(tǒng)圖

表1 導(dǎo)彈機(jī)攻擊各階段所需時(shí)間

2 測(cè)控特性分析

以O(shè)-XYZ為坐標(biāo)系，無人機(jī)和導(dǎo)彈的方位關(guān)系可以表示為式（1）所示。

DW面的夾角；σ、σ則代表、和OXY平面

DW的夾角。這里，VD、VW的表達(dá)見式（2），a、b分別代表導(dǎo)彈和無人機(jī)的縱向加速度。

于是，由式（1）可推得：

式（3）中，等號(hào)右側(cè)前兩項(xiàng)分別為導(dǎo)彈和無人機(jī)的法向加速度。整個(gè)式（3）可以簡化表示為式（4）。

式（4）中，X、A、B、C、D分別1×8、8×8、8×2、8×2、8×1階矩陣。這些矩陣體現(xiàn)了導(dǎo)彈與無人機(jī)對(duì)整個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的作用程度，稱為導(dǎo)彈與無人機(jī)的控制矩陣。其中，C、C是導(dǎo)彈與無人機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)自身的作用，Q、R是導(dǎo)彈與無人機(jī)受本身性能的約束，它們共同體現(xiàn)了導(dǎo)彈和無人機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響和作用。事實(shí)上，式（4）就是一個(gè)引入誤差量的系統(tǒng)躲避問題。

3 零控脫靶

圖5 通信裝置基本系統(tǒng)

4 結(jié)論

本文基于武器系統(tǒng)與無人機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，探尋了最優(yōu)躲避途徑，并對(duì)其測(cè)控特性進(jìn)行了研究。為了實(shí)現(xiàn)無人機(jī)躲避導(dǎo)彈殺傷，應(yīng)當(dāng)了解無人機(jī)和導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)極限、響應(yīng)速度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，測(cè)控技術(shù)為此提供了重要依據(jù)。通過對(duì)加速度、作用時(shí)間等影響因素的分析，得出結(jié)論：通過多時(shí)刻的采樣，以誤差信號(hào)為反饋，可以作為一種有效的測(cè)控方法。因此，為了增強(qiáng)無人機(jī)躲避導(dǎo)彈殺傷的可控性，應(yīng)提高無人機(jī)最大機(jī)動(dòng)能力、減小無人機(jī)響應(yīng)時(shí)間，并最大程度地增大遭遇前時(shí)間。

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UAV Avoid Killing Control Feature Missile

HOU Sujuan1,CAO Yong2
(1.92515 P eople's L iberation Army troops,Huludao 125000;2.92419 People's Liberation Army troops,Xingcheng 125106)

Abstract:Based on the dynamic response of weapons systems and unmanned aerial vehicles, kinematic model, to explore the best escape route and monitoring and control characteristi cs were studied. Through the acceleration factors, reaction time and other analysis, concluded that:by sampling more time to feedback error signal can be used as an effective monitoring and control methods. This article has some reference value for theoretical studies of antimissile UAV escape.

Key words:UAV,Missile Kill,Control Characteristics