导弹弹道设计及其3D实时仿真

摘要

导弹弹道设计及其仿真作为导弹研发和试验当中的重要课题之一，为导弹总体设计提供了重要的性能参数依据，其贯穿于整个导弹研制和试验当中并具有极其重要的意义。随着导弹武装设备的日趋发展和复杂，如何通过有效的仿真手段获取导弹飞行过程中各弹道特性参数的变化规律，是对相应制导律和控制系统性能展开评价和研究的重要课题之一，它对弹道建模及其仿真技术提出了更高的要求。本文基于此背景，对在小扰动作用下的摄动制导律设计及其弹道计算进行了研究，并设计开发了导弹3D实时仿真平台对研究结果进行仿真验证。仿真结果在实时性、人机交互性和3D效果方面表现良好。
　　首先对相关基础知识进行了简要介绍，包括坐标系的定义及其转换关系、作用在导弹上的力及力矩等，最终推导出了弹道坐标系中的简化运动方程。
　　其次对标准弹道设计及其数值计算方法进行了研究。标准弹道是在标准条件下建立的导弹期望运行轨迹。首先从相关文献获取了某导弹模型总体参数、飞行任务和气动参数二维表数据，然后基于该数据对任意攻角和马赫数下的气动参数数值逼近计算和标准导弹设计，最后对标准弹道数值计算方法进行了探究，并通过编程实现了对标准弹道的计算，获得了其相关运动参数的变化规律。
　　再次对在小扰动作用下的摄动制导律进行了研究。在导弹实际飞行时，实际飞行条件和标准条件总是会存在诸多偏差。当这些偏差较小时可将其影响视为作用在导弹上的小扰动。在不引入制导律对小扰动产生的影响加以校正时,这些小扰动会使导弹实际飞行轨迹偏离标准弹道。因此，本文引入摄动制导律对其加以校正，首先基于小扰动理论，对导弹运动模型进行了线性化处理，然后采用LQR最优制导律方法，对每个采样时刻处的最优反馈增益阵K和校正制导指令△u进行计算。通过对制导指令的校正，使得导弹在小扰动作用下仍然会沿着标准弹道飞行，直至交会目标。
　　最后基于网络化控制系统（Networked Control System Lab，NCSLAB）设计开发了导弹3D实时仿真平台。平台能够对导弹从发射到交互目标的全过程进行实时仿真，并能够实现Web客户端访问和3D监控显示等功能。然后根据第3和第4章知识，基于MATLAB/simulink搭建了导弹纵向运动控制程序，对平台进行仿真验证，并得到了较好的仿真效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 导弹飞行控制基础理论简介

2.1 常用坐标系定义及其转换关系

2.2 作用在导弹上的力和力矩

2.3 导弹运动模型

2.4 本章小结

第3章 标准弹道设计及其计算

3.1 引言

3.2 导弹总体参数及飞行任务

3.3 气动参数数值计算

3.4 标准弹道设计及计算

3.5 本章小结

第4章 制导律设计及小扰动弹道计算

4.1 引言

4.2 制导律设计

4.3 小扰动弹道计算

4.4 本章小结

第5章 导弹3D实时仿真平台开发及仿真验证

5.1 引言

5.2 导弹3D实时仿真平台设计及仿真

5.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢