摘 要：本文結合實際工程研制經驗，分析了滾仰式半捷聯制導系統的工作原理，針對隔離 度影響制導回路產生脫靶量的問題，在滾仰式半捷聯制導系統模型中設計由隔離度產生的寄生回 路，從而研究隔離度對制導指令的影響以及制導系統穩定性受到干擾力矩等因素的影響;當滾轉 框取不同角度時，以典型干擾作為系統誤差輸入，通過仿真計算分析了隔離度對基于比例導引律 的半捷聯制導系統脫靶量的影響。仿真結果表明阻尼力矩、較大的導航比和迎頭攔截模式下系統 穩定性降低，相同隔離度條件下，不同滾轉框架角對脫靶量影響變化不一，但總體上負隔離度使 得系統穩定性更高。

　　關鍵詞：制導律;滾仰導引頭;穩定性;脫靶量;隔離度;框架角

　　0 引 言

　　滾仰式半捷聯制導系統的導引頭具有輕量化、 小型化、工程結構易實現、增大導引頭離軸角等優 點，且探測器的瞬時視場比全捷聯系統更小，目標 快速跟蹤響應更快，工程應用前景廣泛[1]。但因該 系統沒有設計獨立穩定平臺，紅外導引頭不能直接 測量光軸相對慣性空間的角速率，制導系統無法利 用該信息來隔離彈體對光軸的擾動，引起寄生耦合 效應，系統產生等效增益大、彈體擾動耦合到導引 頭光軸上等隔離度問題，從而導致制導系統震蕩甚 至發散以及制導精度下降[2]。

　　隔離度定義為由彈體擾動引起的導引頭輸出 附加視線角速率相對于彈體姿態角速率的比值，表 征導引系統去耦彈體擾動的能力，其傳遞函數為 ( ) ( )/ ( ) G s q s s p =   ，其中 ( )s 為彈體姿態角速 率， q s( ) 為由彈體姿態角變化導致導引頭輸出的 附加視線角速率[3]。 工程上應用半捷聯導引技術的制導武器主要 有美國的 AIM-9X Block II 和歐洲的 IRIS-T 空空導 彈等[4]，該技術可節省導彈負載空間，擴大攻擊包 線和離軸角。

　　目前，學術和工程上對滾仰式半捷聯 制導系統的隔離度研究工作主要涉及：寄生耦合回 路研究、視線角速率提取、制導精度分析和隔離度 影響因素等[5]。 祁載康、李富貴等不僅研究了彈目視線角速率 信號測量和提取品質受隔離度的影響，同時分析了 其引起的寄生回路對最優制導律性能的影響，表明 該寄生回路對制導穩定性和控制性都是不利的 [6][7];周桃品等從導引頭隔離度引起的寄生耦合特 性和系統輸出響應方面，仿真分析了制導系統穩定 性受到的影響[8];胡歐磊等針對半捷聯制導系統， 設計了基于強跟蹤無跡卡爾曼濾波(STUKF)的隔 離度在線補償方法[9];胡洋等研究了包括對準誤差、 干擾力矩、角速率測量誤差等誘因對半捷聯制導系 統隔離度的影響[10]。

　　此外，可應用于空空導彈的制導律形式同樣決 定著制導系統性能的水平。結合目前彈載器件水 平，采用諸如最優制導律的空空導彈，需用末制導 時間短、需用末端過載小，可有效減小脫靶量、提 高攔截概率，提升導彈制導性能[7][11]。雖然目前研 究人員在特定制導問題下獲得了一系列的最優制 導律，但這些最優制導律均未能準確考慮目標狀態 估計。

　　同時，隔離度寄生回路對最優制導律的影響 較大，即使獲取的估計信息準確，只有當隔離度小 于2%時，最優制導律的脫靶量才小于比例導引 律，而當估計信息存在誤差時，只有更小的隔離度 才能滿足系統性能指標，這在目前的工程應用上是 難以實現的[12]，加之工程上未能結合導引頭量測水 平提供最優制導律的制導信息獲取和裝訂方法，這使當前最優制導律的應用存在較大缺陷[13]。

　　工程應用時，需考慮隔離度對制導信息的提取 精度和提取難度等方面的影響，必須嚴格控制導引 頭隔離度的指標以抑制寄生回路的影響，而比例導 引律對隔離度影響的敏感度相對較低,且工程實現 技術成熟。當前科研人員對引頭隔離度的研究中， 針對應用比例導引律的滾仰式半捷聯制導系統涉 及較少，而這對于滾仰式導引頭的工程研制卻具有 非常現實的意義[14]。

　　1 制導系統建模

　　1.1 滾仰式半捷聯制導系統工作原理

　　半捷聯制導系統的特點在于導引頭平臺上沒 有慣性陀螺，因此無法直接輸出視線角速度這一常 規制導律所需要的制導信息;另外導引頭在視線穩 定與跟蹤時，需要利用彈體陀螺提供的慣性信息進 行控制。在制導系統閉合時，需要導引頭提供視線 角速度信息，工程上可以采用視線角重構后微分的 方法，但這種方法由于引入微分而加大了誤差，因 此采用卡爾曼濾波技術進行視線角速度的提取能 得到更高精度的視線角速度信息，該技術在此不再贅述。在搭建制導系統框圖時，只考慮半捷聯導引 頭在制導大回路的功能屬性，將其內部工作時序及 狀態簡化為一個傳函，以實現制導大回路功能的完 善與簡便[5]。

　　2 隔離度寄生回路穩定性分析

　　彈體相對導引頭的擾動造成導引頭輸出附加 的彈目視線角速率 q ，制導系統利用疊加 q 后的 視線角速率計算輸出包含擾動誤差的制導指令 c a ， 舵控系統根據指令改變彈體運動姿態，產生附加彈 體擾動，該擾動又會使導引頭輸出疊加 q 的彈目 視線角速率信號，這樣就形成了一個隔離度寄生回 路，使制導回路穩定性降低。

　　3 制導系統仿真與分析

　　綜上可知，不同的外環滾轉框架角  R ，對兩個 通道上的寄生回路產生的實際制導指令影響各異。 本章將分析當滾轉框取不同角度時，隔離度寄生回 路對制導性能的影響，以典型空空導彈為例。

　　4 結 論

　　本文通過使用比例導引律，取目標常值機動和 初始指向誤差為典型的誤差源，建立了包含滾仰導 引頭隔離度寄生回路的兩通道制導控制系統模型。 通過仿真分析了在給定隔離度和不同滾轉框架角 的條件下，制導系統穩定性、制導指令和制導精度 受隔離度寄生回路的影響。

　　自動化論文范例：工業電氣自動化系統在選煤廠中的應用

　　由仿真結果可以得出以下結論：

　　(1)隨著外環滾轉框架角  R 在 0 ~90 范圍內 增大，主通道脫靶量逐漸減小;而  R 分別在 0 ~45 和 45 ~90 范圍內增大時，耦合通道的脫 靶量先增大后減小;當 R = 0 和 R  = 90 時耦合 通道的脫靶量相同，R = 22.5 和 R = 67.5 時情 況相同。

　　(2)隔離度相同時，滾轉框偏轉角度影響兩通 道的脫靶量大小，而滾轉框轉動相同角度時，正的 隔離度將比負的隔離度引起更大的脫靶量幅值，負 的隔離度使得制導系統具有更高的穩定性。

　　(3)隔離度對制導穩定性的影響不僅隨干擾力 矩變化，也會隨著比例導引系數 N 和接近速度與導 彈速度的比值 Vc/Vm 的增大而減小。目標速度較 大時，迎頭攔截比尾追攻擊下的 Vc/Vm 大很多， 因此迎頭攻擊態勢下寄生回路穩定性降低。隨飛行 高度上升，表示導彈姿態響應的快速性的攻角時間 常數 T 顯著增加，寄生回路穩定域變小，而制導時 間常數 Tg 則與穩定域正相關。

　　參考文獻：

　　[1] Nesline F W，Paul Zarchan.Missile Guidance Design Tradeoffs for High Altitude Air Defense[J].AIAA Journal of Guidance，Control and Dynamics，1983，6(3) : 207 -212.

　　作者：胡一帆 1*，任宏光 1，楊 碩 2，張躍坤 1