导弹制导与控制系统仿真

1 引言

轴对称正常式气动布局导弹外形图

轴对称鸭式气动布局导弹外形图

导弹制导控制系统框图

2 飞行动力学模型

导弹飞行动力学实质上是一组非线性变系数微分方程组，可分解为如下几个部分。

2.1 牛顿动力学-质心动力学

2.1.1 弹体坐标系下质心动力学

2.1.2 弹道坐标系下质心动力学

2.1.3 地面发射坐标系下质心动力学

2.2 欧拉动力学-姿态动力学

姿态动力学一般在弹体系下投影：

2.3 导航方程-质心运动学

地面发射系下导航方程：

2.4 四元数方程-姿态运动学

弹体系相对于发射系四元数导数：

2.5 扁平地球模型飞行器弹体系下六自由度运动方程

2.5.1 其他方程

2.5.2 弹体系下六自由度运动方程

	// 非线性变系数微分方程组--------------------------------------------------------------------------
	// 牛顿动力学->质心动力学(机体系下线速度导数)  
	double Vx_body_dot = wz_body * Vy_body - wy_body * Vz_body + (Xbar + thrust) / mass - 2.0 * (q1 * q2 + q0 * q3) * g;
	double Vy_body_dot = wx_body * Vz_body - wz_body * Vx_body + Ybar / mass - (q0 * q0 - q1 * q1 + q2 * q2 - q3 * q3) * g;
	double Vz_body_dot = wy_body * Vx_body - wx_body * Vy_body + Zbar / mass - 2.0 * (q2 * q3 - q0 * q1) * g;

	// 欧拉动力学->姿态动力学(机体系下角速度导数)  
	double wx_body_dot = (Mxbar - (Jz - Jy) * wy_body * wz_body) / Jx;
	double wy_body_dot = (Mybar - (Jx - Jz) * wz_body * wx_body) / Jy;
	double wz_body_dot = (Mzbar - (Jy - Jx) * wx_body * wy_body) / Jz;

	// 导航方程->质心运动学(地面系下位置导数) 
	double x_nue_dot = Vx_nue;
	double y_nue_dot = Vy_nue;
	double z_nue_dot = Vz_nue;

	// 四元数方程->姿态运动学(机体系相对于地面系四元数导数) 
	double q0_dot = 0.5 * (-wx_body * q1 - wy_body * q2 - wz_body * q3);
	double q1_dot = 0.5 * (wx_body * q0 + wz_body * q2 - wy_body * q3);
	double q2_dot = 0.5 * (wy_body * q0 - wz_body * q1 + wx_body * q3);
	double q3_dot = 0.5 * (wz_body * q0 + wy_body * q1 - wx_body * q2);

3 导弹制导系统

3.1 制导系统分类

在这里只讨论寻的制导系统中的导引律

3.2 寻的制导导引律

寻的制导导引律可参考该篇：Impact Time and Angle Control Guidance with Field-of-View Constraint

3.2.1 比例导引

3.2.2 攻击角度控制制导律

3.2.3 攻击时间攻击角度控制制导律

4 自动驾驶仪

4.1 STT/BTT控制

BTT自动驾驶仪可参考该篇：BTT控制系统六自由度仿真

4.2 气动舵机控制

STT自动驾驶仪可参考该篇：战术导弹飞行控制系统设计

正常式气动布局尾舵控制中升降舵/方向舵方向定义

正常式气动布局尾舵控制中升降舵控制力与力矩的产生

4.3 推力矢量/气动力复合控制

推力矢量控制可参考该篇：运载火箭飞行控制系统设计

4.4 直接力/气动力复合控制

5 SixDof Simulation

5.1 AGM88E(空地导弹仿真)

反辐射(反雷达)空地导弹(中制导巡航)

5.2 AIM9X(空空导弹仿真)

推力矢量控制效果

5.3 PAC3(地空导弹仿真)

反作用喷气控制效果

6 参考文献