制导弹药外弹道闭环修正模拟平台及模拟方法

摘要

本发明公开了一种制导弹药外弹道闭环修正模拟平台，它的外弹道修正机械臂根据伪规划弹道控制制导弹药模型进行外弹道飞行；实时分析模块用于对三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药模型在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息；决策模块用于得到针对三轴位置、速度和加速度修正的机械臂控制指令；外弹道修正机械臂实现对制导弹药模型在外弹道飞行过程中三轴位置、三轴速度和三轴加速度修正的模拟。本发明实现制导弹药外弹道修正的准确闭环模拟。

说明书

技术领域

本发明涉及制导弹药领域和信息物理系统技术领域，具体地指一种制导弹药外弹道闭环修正模拟平台及模拟方法。

背景技术

由于随机误差的存在，制导弹药的实际外弹道总会偏离规划外弹道，同时由于技术条件限制，其实际外弹道不可准确预测，从而影响外弹道的修正效果，进而影响其命中概率。因此，如何准确获取制导弹药的外弹道，从而保证外弹道的修正效果，是制导弹药提高命中概率的关键科学问题。

发明内容

本发明提供一种制导弹药外弹道闭环修正模拟平台及模拟方法，本发明可对制导弹药的外弹道及其修正过程进行模拟，并通过传感器模块对其进行状态感知，对感知数据进行实时分析，对分析结果进行科学决策，对决策结论进行精准执行，从而形成制导弹药外弹道修正的闭环模拟。

为实现此目的，本发明所设计的制导弹药外弹道闭环修正模拟平台，其特征在于：它包括实时分析模块、决策模块、外弹道修正机械臂、外弹道飞行误差注入模块，以及安装在制导弹药模型滚转轴上的位置传感器、速度传感器和加速度传感器；

所述外弹道飞行误差注入模块用于使规划弹道产生随机误差，生成对应的伪规划弹道，伪规划弹道用于模拟制导弹药模型的实际外弹道；

所述外弹道修正机械臂根据伪规划弹道控制制导弹药模型进行外弹道飞行；

所述位置传感器、速度传感器和加速度传感器分别用于将各自感知的三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据传输给实时分析模块，实时分析模块用于对三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药模型在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息；

所述决策模块用于根据制导弹药模型在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息，利用求差法分别计算制导弹药模型的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息、实时三轴加速度信息相对于对应时刻规划弹道的位置偏差、速度偏差、加速度偏差，并将所述位置偏差根据制导算法转换为针对三轴位置修正的机械臂控制指令，将速度偏差转换为针对三轴速度修正的机械臂控制指令，将加速度偏差转换为针对三轴加速度修正的机械臂控制指令；

所述外弹道修正机械臂在针对三轴位置修正的机械臂控制指令、针对三轴速度修正的机械臂控制指令、针对三轴加速度修正的机械臂控制指令的控制下实现对制导弹药模型在外弹道飞行过程中的对应时刻对三轴位置、三轴速度和三轴加速度修正的模拟，所述三轴为滚转轴、偏航轴和俯仰轴。

一种制导弹药外弹道闭环修正模拟方法，它包括如下步骤：

步骤1：物理沙盘提供制导弹药模型打击目标的位置坐标，决策模块根据所述制导弹药模型打击目标的位置坐标生成规划弹道；

步骤2：所述外弹道飞行误差注入模块用于使规划弹道产生随机误差，生成对应的伪规划弹道，伪规划弹道用于模拟制导弹药模型的实际外弹道；

步骤3：所述外弹道修正机械臂根据伪规划弹道控制制导弹药模型进行外弹道飞行，外弹道飞行过程中位置传感器、速度传感器和加速度传感器实时进行数据采集；

步骤4：所述位置传感器、速度传感器和加速度传感器分别将各自感知的三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据传输给实时分析模块；

步骤5：实时分析模块用于对三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药模型在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息；

步骤6：决策模块根据制导弹药模型在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息，利用求差法分别计算制导弹药模型的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息、实时三轴加速度信息相对于对应时刻规划弹道的位置偏差、速度偏差、加速度偏差，如果所述位置偏差、速度偏差和加速度偏差分别小于预设的位置误差阈值、速度误差阈值和加速度偏差阈值，则进入步骤9，否则，进入步骤7：

步骤7：决策模块将位置偏差根据制导算法转换为针对三轴位置修正的机械臂控制指令，将速度偏差转换为针对三轴速度修正的机械臂控制指令，将加速度偏差转换为针对三轴加速度修正的机械臂控制指令；

步骤8：外弹道修正机械臂在针对三轴位置修正的机械臂控制指令、针对三轴速度修正的机械臂控制指令、针对三轴加速度修正的机械臂控制指令的控制下实现对制导弹药模型在外弹道飞行过程中的对应时刻对三轴位置、三轴速度和三轴加速度修正的模拟，然后进入步骤9；

步骤9：外弹道修正机械臂继续根据伪规划弹道控制制导弹药模型进行外弹道飞行，并转入步骤4，直至制导弹药模型命中目标，外弹道终止。

本发明将外弹道的计算过程和物理过程进行统一，构建了一套制导弹药外弹道的信息空间与物理空间之间基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，能够解决制导弹药的外弹道修正从状态感知到精准控制的闭环控制难题，从而保证其弹道修正效果，为提高制导弹药命中概率提供技术支撑。

本发明通过对外弹道注入误差，然后经过状态感知、分析、决策、执行这一系列过程对弹道进行修正，可清晰、直观展示外弹道的修正过程。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

其中，1—状态感知装置、1.1—位置传感器、1.2—速度传感器、1.3—加速度传感器、2—实时分析模块、3—决策模块、4—外弹道修正机械臂、5—物理沙盘、6—制导弹药模型、7—外弹道飞行误差注入模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明所设计的一种制导弹药外弹道闭环修正模拟平台，如图1所示，它包括实时分析模块2、决策模块3、外弹道修正机械臂4(制导弹药外弹道修正执行装置)、外弹道飞行误差注入模块7，以及安装在制导弹药模型6内部的滚转轴上的位置传感器1.1、速度传感器1.2和加速度传感器1.3；

所述外弹道飞行误差注入模块7用于使规划弹道产生随机误差，生成对应的伪规划弹道，伪规划弹道用于模拟制导弹药模型6的实际外弹道；

所述外弹道修正机械臂4根据伪规划弹道控制制导弹药模型6进行外弹道飞行；

所述位置传感器1.1、速度传感器1.2和加速度传感器1.3分别用于将各自感知的三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据传输给实时分析模块2，实时分析模块2用于对三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息；

所述决策模块3用于根据制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息，利用求差法分别计算制导弹药模型6的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息、实时三轴加速度信息相对于对应时刻规划弹道(规划弹道内置于决策模块3)的位置偏差、速度偏差、加速度偏差，并将所述位置偏差根据制导算法(参考文献：姜尚，田福庆，孙世岩，梁伟阁，尤栋.考虑自动驾驶仪动态特性与攻击角约束的模糊自适应动态面末制导律[J].系统工程与电子技术，2019，41(2)：389-401.)转换为针对三轴位置修正的机械臂控制指令，将速度偏差转换为针对三轴速度修正的机械臂控制指令，将加速度偏差转换为针对三轴加速度修正的机械臂控制指令；

所述外弹道修正机械臂4在针对三轴位置修正的机械臂控制指令、针对三轴速度修正的机械臂控制指令、针对三轴加速度修正的机械臂控制指令的控制下实现对制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的对应时刻对三轴位置、三轴速度和三轴加速度修正的模拟，所述三轴为滚转轴、偏航轴和俯仰轴。

上述技术方案中，位置传感器1.1、速度传感器1.2和加速度传感器1.3组成状态感知装置1。

上述技术方案中，所述实时分析模块2还用于将制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息进行显示；所述决策模块3还用于将制导弹药模型6的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息、实时三轴加速度信息相对于对应时刻规划弹道的位置偏差、速度偏差和加速度偏差进行显示，显示的上述信息供技术人员实时掌握并记录导弹药模型6的飞行状态。

上述技术方案中，它还包括物理沙盘5，物理沙盘5用于模拟制导弹药模型6所打击目标的位置及其所处环境特征。制导弹药模型6按1/10～1/20对制导弹药进行缩比制作，外弹道修正机械臂4用来抓取制导弹药模型6并模拟外弹道的运动轨迹及弹道修正过程，使制导弹药模型6根据外弹道指令在物理沙盘三维空间内运动，模拟外弹道的变化过程。

上述技术方案中，所述物理沙盘5提供制导弹药模型6打击目标的位置坐标，决策模块3根据所述制导弹药模型6打击目标的位置坐标生成规划弹道。

一种制导弹药外弹道闭环修正模拟方法，它包括如下步骤：

步骤1：物理沙盘5提供制导弹药模型6打击目标的位置坐标，决策模块3根据所述制导弹药模型6打击目标的位置坐标生成规划弹道；

步骤2：所述外弹道飞行误差注入模块7用于使规划弹道产生随机误差，生成对应的伪规划弹道，伪规划弹道用于模拟制导弹药模型6的实际外弹道；

步骤3：所述外弹道修正机械臂4根据伪规划弹道控制制导弹药模型6进行外弹道飞行，外弹道飞行过程中位置传感器1.1、速度传感器1.2和加速度传感器1.3实时进行数据采集；

步骤4：所述位置传感器1.1、速度传感器1.2和加速度传感器1.3分别将各自感知的三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据传输给实时分析模块2；

步骤5：实时分析模块2用于对三轴位置数据、三轴速度数据和三轴加速度数据进行平滑滤波或卡尔曼滤波，得到制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息；

步骤6：决策模块3根据制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息和实时三轴加速度信息，利用求差法分别计算制导弹药模型6的实时三轴位置信息、实时三轴速度信息、实时三轴加速度信息相对于对应时刻规划弹道的位置偏差、速度偏差、加速度偏差，如果所述位置偏差、速度偏差和加速度偏差分别小于预设的位置误差阈值、速度误差阈值和加速度偏差阈值(即位置偏差小于预设的位置误差阈值，速度偏差小于预设的速度误差阈值，加速度偏差小于预设的加速度偏差阈值)，则进入步骤9，否则(即位置偏差大于等于预设的位置误差阈值和/或速度偏差大于等于预设的速度误差阈值和/或加速度偏差大于等于预设的加速度偏差阈值)，进入步骤7：

步骤7：决策模块3将位置偏差根据制导算法转换为针对三轴位置修正的机械臂控制指令，将速度偏差转换为针对三轴速度修正的机械臂控制指令，将加速度偏差转换为针对三轴加速度修正的机械臂控制指令；

步骤8：外弹道修正机械臂4在针对三轴位置修正的机械臂控制指令、针对三轴速度修正的机械臂控制指令、针对三轴加速度修正的机械臂控制指令的控制下实现对制导弹药模型6在外弹道飞行过程中的对应时刻对三轴位置、三轴速度和三轴加速度修正的模拟，然后进入步骤9；

步骤9：外弹道修正机械臂4继续根据伪规划弹道控制制导弹药模型6进行外弹道飞行，并转入步骤4，直至制导弹药模型6命中目标，外弹道终止。

本发明可以持续对制导弹药的外弹道进行位置、速度和加速度的状态感知、分析、决策修正，可保证修正效果。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。