[发明专利]一种指定发射仰角的自由弹道构造方法

说明书

本发明公开了一种指定发射仰角的自由弹道构造方法，首先依次计算发射点和目标点的地固直角坐标矢量、大地纬度和地心纬度之差、水平夹角以及A、B两点地心向径模之比与1的差值；在迭代的初始状和二体运动模型中求解正向弹道或反向弹道在轨道坐标系中的发射速度和在地固坐标系中的发射速度，弹道/轨道根数σ以及飞行时间等变量，新求出的飞行时间为T^*；令T＝T^*，重复迭代计算导弹的发射速度等，直至|T‑T^*|小于设定的阈值S_t时结束迭代，最终得到二体运动模型下导弹的发射速度和飞行时间T，输出设计参数v_p，v_r，T，σ。发明可分别在二体运动模型和考虑了地球引力场J₂项摄动的动力学模型下以指定的发射仰角构造正向和反向弹道，进而遍历发射仰角得到所有自发射点至目标点的弹道。

技术领域

本发明属于天体力学框架下解决弹道式导弹的弹道构造技术，特别是一种指定发射仰角的自由弹道构造方法。

背景技术

弹道构造是弹道研究和诸元设计的基础，全弹道由主动段、自由飞行段和再入段组成。全弹道构造通常基于导弹的具体性能参数，其实现需要掌握一些难以确知的技术参数和物理条件，且计算过程复杂费时，不能满足一般性的弹道研究和应用需求。相比而言，占据全弹道绝大部分的自由飞行段由于受力情况简单，主要为地球对弹体质心的引力，导弹运动的动力学方程易于得到解算和分析处理，因此发展自由飞行段弹道快速和有效的构造方法具有重要的应用价值，不仅可提供实验室中一般性弹道的仿真环境，而且可辅助应用于弹道诸元设计。

将主动段或再入段或二者同时视为自由飞行段的延伸构造出的弹道称为自由弹道。文献1(白鹤峰,吴瑞林.战术弹道导弹(TBM)弹道的构造方法[J].现代防御技术,1998(1):39-43.)基于最小能量弹道理论提出了一种顾及地球自转的自由弹道构造方法，以下简称为方法1。后期出现的文献2、3采用了与方法1相同的构造方法，其中文献2(顾铁军,刘健,聂成.反TBM作战仿真中TBM弹道的生成[J].现代防御技术,2001(4).)对椭圆弹道的再入段进行了修正，文献3(张峰,田康生.弹道导弹预警仿真系统中弹道构造方法[J].火力与指挥控制,2012,37(3):94-98.)利用STK软件对构造弹道进行了验证，它们仍然属于基于最小能量要求的自由弹道构造方法。

在实际应用中，弹道的构造和诸元设计往往需要综合考虑多种因素，最小能量只是一个经常被关注的重要指标，而不是唯一指标，如其他一些因素往往具有更高的关注度，如考虑导弹突防效果对击中速度的要求，考虑回避某些布防或敏感区域时对弹道弹下点轨迹的要求等。统筹考虑所有因素则需要一种更加一般性的弹道构造方法，以确保能够产生可以利用的备选弹道，在实际应用中结合具体要求加以优选，方法1显然并不能满足这种应用需求。另外，在弹道的构造精度方面，方法1假定地球为均质正球体，发射点和目标点均位于正球体的表面，由此推出，导弹仅受地球中心引力的作用，发射点和目标点的地心向径长度相等。这种简化的模型会在几何学和动力学两个方面引起导弹的落点偏差，该偏差既随射程增加而增大，也随发射点和目标点真实地心向径的差距增加而增大，洲际导弹可能达到几十公里。当导弹的落点偏差要求在百米量级时，必须要考虑地球的扁率，同时在动力学模型中顾及地球引力场主要带谐项J₂项摄动。方法1并未给出考虑摄动力情况下的导弹构造方法，也未能解决发射点和目标点地心向径长度不等情况下的弹道构造方法，不能满足高精度弹道构造需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指定发射仰角的自由弹道构造方法，可分别在二体运动模型和考虑了地球引力场J₂项摄动的动力学模型下以指定的发射仰角构造正向和反向弹道，进而遍历发射仰角得到所有自发射点至目标点的弹道，为一般性弹道研究、诸元设计和广泛的应用场景提供丰富的备选弹道。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种指定发射仰角的自由弹道构造方法，具体步骤如下：