无人机躲避导弹杀伤的测控特性分析

侯素娟曹 勇

（1.中国人民解放军92515部队，葫芦岛 125000；2.中国人民解放军92419部队，兴城 125106）



无人机躲避导弹杀伤的测控特性分析

侯素娟1曹 勇2

（1.中国人民解放军92515部队，葫芦岛 125000；2.中国人民解放军92419部队，兴城 125106）

摘 要：本文基于武器系统与无人机的动态响应，建立运动学模型，探寻最优躲避途径，并对其测控特性进行研究。通过对加速度、作用时间等影响因素的分析，得出结论：通过多时刻的采样，以误差信号为反馈，可以作为一种有效的测控方法。同时，期望本文的研究，能够对无人机躲避导弹杀伤的理论研究提供一定的参考。

关键词：无人机 导弹杀伤 测控特性

引言

无人机（UAV）在当今世界中得到越来越多的重视和关注，起初用于训练[1]，在未来的战场上将成为关键武器之一[2]。无人飞行器与普通飞行器相比，机体一般较小，结构相对简单，研制和生产成本较低，同时也在民用方面得到越来越多的应用[3]。

现在，普遍用优化设计理论来指导测控规律研究。与传统的方法不同，当无人机与武器系统运动过载接近时，有较为明显的优势[4]。对无人机信号反馈的影响，也是研究测控特性的重要方向。受计算机软硬件发展的限制，不易进行多阶的无人机模型测控特性分析，且其不一定具有显著的优势[5]。本文忽略无人机纵向加速度，重点为理论推导和模拟仿真[6]。随着学者对该方面研究的深入，也陆续涌现出很多新观点，如将无人机与导弹的方位关系设为非常量[7-9]。图1、图2和图3是常见的无人机示例。

图1 石鸡BQM-74E靶机从舰上发射瞬间

图2 S-100舰载无人机

图3 雷锡恩公司的SilentEyes无人机

1 导弹攻击

导弹攻击主要包括引导、搜索和识别、瞄准、发射四个阶段[10]。当得到发射命令时，地面测控设备引导导弹飞往目标区域，继而由弹上雷达（见图4）对目标进行搜索和识别，将目标保持在战斗部能造成杀伤的扇形范围里，导弹进入追踪状态。此时，雷达将目标相关参数传递至弹上计算机，供弹上计算机进行相关计算。当弹上计算机认为参数符合指标要求，将触发引信，引发战斗部，攻击目标。各阶段所需时间见表1所示。

图4 雷达系统图

表1 导弹机攻击各阶段所需时间

2 测控特性分析

以O-XYZ为坐标系，无人机和导弹的方位关系可以表示为式（1）所示。

DW面的夹角；σ、σ则代表、和OXY平面

DW的夹角。这里，VD、VW的表达见式（2），a、b分别代表导弹和无人机的纵向加速度。

于是，由式（1）可推得：

式（3）中，等号右侧前两项分别为导弹和无人机的法向加速度。整个式（3）可以简化表示为式（4）。

式（4）中，X、A、B、C、D分别1×8、8×8、8×2、8×2、8×1阶矩阵。这些矩阵体现了导弹与无人机对整个动态响应的作用程度，称为导弹与无人机的控制矩阵。其中，C、C是导弹与无人机对动态响应自身的作用，Q、R是导弹与无人机受本身性能的约束，它们共同体现了导弹和无人机对整个系统的影响和作用。事实上，式（4）就是一个引入误差量的系统躲避问题。

3 零控脱靶

图5 通信装置基本系统

4 结论

本文基于武器系统与无人机的动态响应，建立了运动学模型，探寻了最优躲避途径，并对其测控特性进行了研究。为了实现无人机躲避导弹杀伤，应当了解无人机和导弹的机动极限、响应速度、相对运动状态等信息，测控技术为此提供了重要依据。通过对加速度、作用时间等影响因素的分析，得出结论：通过多时刻的采样，以误差信号为反馈，可以作为一种有效的测控方法。因此，为了增强无人机躲避导弹杀伤的可控性，应提高无人机最大机动能力、减小无人机响应时间，并最大程度地增大遭遇前时间。

参考文献

[1]《国内外无人机大全》编写组.国内外无人机大全[M].北京：航空工业出版社，2001.

[2]（英）威廉·普勒.透视中国国产军用无人机研究现状[J].世界安全，2004，（6）：1-3.

[3]LindstrandPer. ESA2HHALE飞艇研究及开发项目[C].第二届平流层平台系统国际会议论文集，2000：15-21.

[4]Nesline F W，Zarchan P.A New Look at Classical vs Modern Homing Missile Guidance[J].Journal of Guidance Control and Dynamics，1981，（1）：78-85.

[5]李忠应.具有二阶环节的的导弹最优导引律[J].航空学报，1982，（4）.

[6]蔡远利，吕学富.最优策略的导引特性分析[J].航空学报，1990，（3）.

[7]Lin C F，Tsai L L.Analytical Solution of Optimal Trajectory-Shaping Guidance[J].Journal of Guidance Control & Dynamics，1989，（4）：600-601.

[8]汤善同.依赖于相对距离的最优比例导引规律[J].战术导弹技术，1988，（1）.

[9]蔡远利，吕学富.三维最优追逃策略[C].中国航空学会飞行力学与飞行试验学术交流会论文，1987.

[10]单克勤.导弹攻击机机载雷达的选择[J].洪都科技，1987，（S1）.

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