[发明专利]采用预测制导的主动防御导弹最优发射时机搜索方法

说明书

本发明涉及飞行器制导与控制技术领域，公开了一种采用预测制导的主动防御导弹最优发射时机搜索方法，包括：主动防御的三体对抗运动学模型，由载机和来袭导弹的飞行状态求解来袭导弹在已知制导律下的飞行弹道，计算在不同防御导弹发射时间下的预测拦截点序列，计算防御导弹与预测拦截点所形成的预测航向偏差角序列，搜索防御导弹最优发射时机。本方法搜索得到了主动防御问题中防御导弹的最优发射时机，为载机提供了智能发射的能力，相对于非最优发射时机的情况，防御导弹的制导过载为最优，制导能量损耗最小，降低了对防御导弹的性能需求，从而提升了载机的存活概率。

技术领域

本发明涉及飞行器制导与控制技术领域，特别涉及一种采用预测制导的主动防御导弹最优发射时机搜索方法。

背景技术

在空战中，作战飞机往往被敌方空空导弹及地空导弹锁定为首要进攻目标，传统的应对方式为机动规避以及投放诱饵等被动防御方式。但随着导引头目标识别等导弹技术的高速发展，传统的被动躲避方式已很难保障飞机安全。而当飞机被来袭导弹锁定为攻击目标时，可发射一枚防御导弹快速拦截来袭导弹，从而保证飞机自身的安全。发射防御弹的飞机(载机)、防御导弹，以及来袭导弹三方构成了主动防御的三体攻防问题。为了实现防御导弹的高效拦截，载机和防御导弹可采用协同预测制导的方式来降低制导能量损耗、提升拦截概率(H.Shi,J.Zhu,M.Kuang,and X.Yuan,Predictive Guidance Strategies forActive Aircraft Defense,Proc.of the AIAA Guidance,Navigation,and ControlConference,p.2343,2019)。

防御导弹发射时不同的战场态势将影响制导的能耗及过载性能。由于机载设备各方面的限制，防御导弹在尺寸、能量和过载性能上通常劣于来袭导弹。过早地发射防御导弹，将导致制导过程中消耗更多的能量，影响拦截成功率；而过晚地发射防御导弹可能导致载机无法躲避爆炸区域从而造成损失。选择在最佳时机智能地发射防御导弹，将有效地降低防御导弹的制导难度、极大降低对防御导弹的制导过载需求，但传统针对主动防御问题的研究中还未曾有过针对防御导弹发射时机的研究。

发明内容

针对防御导弹发射时机的选择问题，本发明提出了一种采用预测制导的主动防御导弹最优发射时机搜索方法，以保证防御导弹的制导能耗

为最优，其中a_D(t)为防御导弹制导过载随时间的变化函数，t₀和t_f分别为拦截过程的开始时间和结束时间。

本发明从几何角度推导主动防御三体拦截关系，在主动防御预测制导律中，预测拦截点的实时位置与载机实时飞行方向形成一个预测航向偏差角，如图2所示。在载机机动一定的情况下，如果能在此预测航向偏差角为零的情况下发射防御导弹，防御导弹理论上将会具有平直弹道直接命中预测点，因而需要求解最小偏差角的发生的时刻。

本发明包括如下步骤：

S1：建立主动防御的三体对抗运动学模型：

其中r_i(t_k)，v_i(t_k)，a_i(t_k)分别为每个运动体在t_k时刻的位置、速度和加速度矢量，下标T、A、D分别代表载机、来袭导弹和防御导弹，ΔT为时间步长。

S2：根据所述模型，由载机和来袭导弹的飞行状态，求解来袭导弹在已知制导律下的飞行弹道，其求解具体方法为：

其中a_A(τ)为来袭导弹的制导指令加速度，由已知制导律获得，r_A0和v_A0分别为来袭导弹在初始时刻的位置和速度。