弹道导弹上升段扰动引力影响分析及补偿方法研究

摘要

扰动引力是影响弹道导弹关机点精度及落点精度的重要因素，而上升段的扰动引力对关机点偏差的影响更为显著。扰动引力对弹道的影响已经成为制导误差中的重要部分，这一项引起的落点误差可达千米量级。本论文以提高弹道导弹关机点精度为背景，针对远程弹道导弹多数应用惯性制导系统这一特点，进行了扰动引力对上升段的影响分析，并开展了扰动引力快速赋值和补偿方法研究。
　　本文针对扰动引力对上升段的影响，在第二章推导了导弹导弹上升段运动模型，给出了分析弹道导弹运动常用的坐标系和它们之间的欧拉角关系，并用矢量描述的导弹质心运动学方程，较精确的描述了导弹上升段运动规律；
　　在第三章首先通过设计程序俯仰角得到了一条射程为8000km的弹道导弹上升段轨迹及其关机点参数，然后详细介绍了迭代制导的基本原理，并结合最优控制问题的提出，推导了其控制表达式，给出了该最优控制问题的解的推导过程，最后给出了其迭代制导的计算方法及和计算流程；
　　在第四章提出了扰动引力对弹道影响的三个方面及进行扰动引力补偿来提高导弹命中精度的必要性，然后提出了对于要应用到的引力模型需要精确表征扰动引力中高频分量引起的引力势变化的要求。通过引入状态空间摄动法，推导了上升段运动的摄动方程，并给出了求解其状态转移矩阵解析解的方法。分别利用弹道积分求差和状态空间摄动方程两种方法求解关机点状态偏差，比较其计算精度，从仿真结果可知状态空间摄动方法计算效率很高，可减少计算所用时间。最后对扰动引力对上升段轨迹的影响特性进行了分析，总结了扰动引力随地形、高度变化的规律；
　　在第五章提出了现有的精确计算扰动引力的方法存在计算量大，难以实现等不足的基础上，提出了对研究扰动引力快速赋值的方法重要性。总结了目前常用于进行扰动引力快速赋值的方法的优缺点，并综合以上考虑提出了有限单元插值逼近的方法。详细介绍了该方法的基本思想与单元的划分和构建的方法，并给出了有限单元插值逼近方法的具体计算步骤。通过仿真分析，证明了该方法有较高的逼近精度、较少的数据存储量和较快的计算速度，有效地提高了制导的效率，有效地控制了关机点误差，是一种有效可行的方法。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 弹道导弹的发展概况

1.3 扰动引力的计算与补偿理论的发展概况

1.4 本文的主要研究内容

第2章 弹道导弹上升段运动模型

2.1 引言

2.2 坐标系定义

2.3 各坐标系转换关系

2.4 上升段运动模型

2.5 本章小结

第3章 上升段轨迹设计和制导的应用

3.1 引言

3.2 上升段轨迹设计

3.3 迭代制导方法的应用

3.4 本章小结

第4章 扰动引力对上升段的影响分析

4.1 引言

4.2 上升段运动摄动方程

4.3 上升段运动状态转移矩阵的解析解

4.4 基于状态空间摄动法的上升段扰动引力影响分析方法

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第5章 上升段扰动引力快速赋值及补偿方法研究

5.1 引言

5.2 几种扰动引力计算及快速赋值方法

5.3应用有限单元插值法进行扰动引力快速赋值

5.5 仿真分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢