1、導(dǎo)彈縱向可控彈道特性與可視化仿真研究導(dǎo)彈縱向可控彈道特性與可視化仿真研究學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師： 目錄 1、畢設(shè)背景及意義 2、導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 3、導(dǎo)彈縱向可控彈道設(shè)計(jì) 4、STK仿真設(shè)計(jì) 5、結(jié)論及致謝1.1 畢設(shè)背景傳統(tǒng)導(dǎo)彈飛行彈道演示多為數(shù)據(jù)繪制演示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化仿真成為研究熱點(diǎn)Satellite Tool Kit在仿真領(lǐng)域具備逼真、快捷、高效等鮮明特點(diǎn)應(yīng)用STK進(jìn)行可視化仿真的興起導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)可控特性研究導(dǎo)彈縱向可控特性可視化仿真研究1.2 畢設(shè)意義 本選題以某型飛行器彈道設(shè)計(jì)為背景，針對(duì)導(dǎo)彈的縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)比例導(dǎo)引律比例導(dǎo)引律，研究利

2、用STK 進(jìn)行導(dǎo)彈飛行數(shù)據(jù)快速可視化仿真實(shí)現(xiàn)的方案框架，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證演示，解決以數(shù)據(jù)文件作為輸入條件的快速可視化實(shí)現(xiàn)，為彈道數(shù)據(jù)處理提供了一條便捷高效的途徑，與傳統(tǒng)編程語(yǔ)言相比大大縮減了編程工作量縮減了編程工作量，且形象直觀形象直觀、簡(jiǎn)便迅捷簡(jiǎn)便迅捷。2 導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 2.1 坐標(biāo)系定義及其轉(zhuǎn)換 2.2 導(dǎo)彈制導(dǎo)原理 2.3 導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)方程組的建立 2.4 導(dǎo)引方法的選擇2.1坐標(biāo)系定義及其轉(zhuǎn)換 彈道坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系 彈道傾角 彈道偏角（航向角）v 彈體坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系 俯仰角v 偏航角 滾轉(zhuǎn)角 速度坐標(biāo)系和彈體坐標(biāo)系 攻角 側(cè)滑角2.2 導(dǎo)彈制導(dǎo)原理 尋的制導(dǎo)又稱自動(dòng)導(dǎo)引制導(dǎo)，

3、是指導(dǎo)彈能夠自主地搜索、捕捉、識(shí)別、跟蹤和攻擊目標(biāo)的制導(dǎo)方式。尋的裝置時(shí)實(shí)現(xiàn)尋的制導(dǎo)的專用核心器件，被稱為導(dǎo)引頭。2.2導(dǎo)彈制導(dǎo)原理 導(dǎo)引頭是尋的式戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的關(guān)鍵組成部分，是區(qū)別于指令制導(dǎo)等其他制導(dǎo)式導(dǎo)彈的根本標(biāo)志，尋的指導(dǎo)中的尋的器即導(dǎo)引頭，是制導(dǎo)的核心部分。2.2導(dǎo)彈制導(dǎo)原理 自動(dòng)駕駛儀的功能是控制和穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行。自動(dòng)駕駛儀一般由慣性器件、控制電路和舵機(jī)系統(tǒng)組成，它通常通過(guò)操縱導(dǎo)彈的空氣動(dòng)力控制面或推力矢量控制導(dǎo)彈的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。2.3導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)方程組的建立彈道坐標(biāo)系中的導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程相對(duì)地面坐標(biāo)系姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程組2.4導(dǎo)引方法的選擇1.追蹤法2.平行接近法3.比例導(dǎo)引法3 導(dǎo)彈縱

4、向可控彈道設(shè)計(jì) 3.1 總體方案設(shè)計(jì) 3.2 俯仰通道阻尼回路設(shè)計(jì) 3.3 縱向控制回路設(shè)計(jì) 3.4 仿真結(jié)果分析3.1 總體方案設(shè)計(jì) 3.2 俯仰通道阻尼回路設(shè)計(jì)3.3 縱向控制回路設(shè)計(jì) 3.3 Simulink仿真圖3.4 仿真結(jié)果分析高度10.9km，速度500m/s條件下彈道曲線3.4 仿真結(jié)果分析高度10.9km，速度500m/s條件下導(dǎo)航比3.4 仿真結(jié)果分析高度10.9km，速度300m/s條件下彈道曲線3.4 仿真結(jié)果分析高度10.9km，速度300m/s條件下導(dǎo)航比曲線3.4 仿真結(jié)果分析高度17.32km，速度500m/s條件下彈道曲線高度17.32km，速度500m/s條

5、件下導(dǎo)航比曲線3.4 仿真結(jié)果分析4 STK仿真設(shè)計(jì) 4.1方案結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì) 4.2 整體程序流程圖 4.3 控制臺(tái)接口及設(shè)計(jì) 4.4 定時(shí)器中斷子程序設(shè)計(jì) 4.1 方案結(jié)構(gòu)圖以試驗(yàn)或計(jì)算獲得的彈道及姿態(tài)信息為基礎(chǔ)，充分利用STK可視化功能，仿真中導(dǎo)彈模型的飛行狀態(tài)嚴(yán)格遵從數(shù)據(jù)，使方案逼真再現(xiàn)或展現(xiàn)導(dǎo)彈飛行狀態(tài)。方案以STK及其VO、Connect模塊為核心，建立Button Tool簡(jiǎn)易控制臺(tái)，以時(shí)間為主線，完成對(duì)仿真過(guò)程主要項(xiàng)目的控制。4.2 整體程序流程圖4.3 控制臺(tái)接口及設(shè)計(jì) STK/Con模塊能夠通過(guò)TCP/IP的Socket方便的建立用戶與STK的接口，提供用戶在客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境

6、下數(shù)據(jù)傳輸。在PC機(jī)環(huán)境下，STK虛擬服務(wù)器以名稱“l(fā)ocalHost”，提供port:5001端口，供通訊使用。 Button Tool是STK提供的簡(jiǎn)易控制臺(tái)程序，用戶可簡(jiǎn)單的編寫(xiě)命令進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，達(dá)到控制目的，省去底層通訊代碼的編寫(xiě)。根據(jù)用戶需要編寫(xiě)系列命令，以*.btip后綴存儲(chǔ)，使用時(shí)用Button Tool可執(zhí)行文件打開(kāi)，為按鍵型控制界面。4.4 輸入文件的格式彈道參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)、分離等關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)、三維特征以及其他對(duì)象的數(shù)據(jù)均以文件形式提供給仿真過(guò)程使用。彈道數(shù)據(jù)以* .e的后綴形式存儲(chǔ)?？梢圆捎枚喾N組合給出，如(1)地心固聯(lián)地理坐標(biāo)系下時(shí)間、經(jīng)度、緯度、高度組合(ECF-LLA-

7、Pos)；(2)地心慣性直角坐標(biāo)系下時(shí)間、X位置、Y位置、Z位置(ECF-LLA-Pos)等。以ECF-LLA-Pos形式給出的彈道數(shù)據(jù)格式如下:stk.v.4.2.1# 版本說(shuō)明BEGIN Ephemeris# 彈道文件頭特征符號(hào)Number of Ephemer is Points 2023 # 總數(shù)據(jù)量Scenario Epoch 15 Jul 2000 00: 00: 00. 00# 數(shù)據(jù)開(kāi)始時(shí)間Ephemer is Ecf Time Pos # ECF-LLA-Pos形式說(shuō)明# 時(shí)間(s) 緯度() 經(jīng)度() 高度(m )0.000 34.700 112.400 1000.00010

8、.000 34.700 112.400 1241.8742087 34.002 -118.516 0.204END Ephemeris#文件尾特征符號(hào)4.4 輸入文件的格式姿態(tài)參數(shù)以*.a的后綴形式存儲(chǔ)?？梢圆捎枚喾N組合給出，如(1)姿態(tài)歐拉角方式、(2)姿態(tài)四元素等。以姿態(tài)四元素形式給出的彈道數(shù)據(jù)格式如下:stk.v.4.2.1#版本說(shuō)明BEGIN Attitude #姿態(tài)文件頭特征符號(hào)Number of Attitude Points 10 #總數(shù)據(jù)量Scenario Epoch 15 Jul 2000 00:00:00.00#數(shù)據(jù)開(kāi)始時(shí)間Attitude Time Quaternions

9、# 元素姿態(tài)形式說(shuō)明#時(shí)間(s) q1 q2 q3 q40.0 0.000 0.000 0.000 1.00015.5 0.067 0.000 0.000 0.99730.6 0.133 0.000 0.000 0.991END Attitude #文件尾特征符號(hào)分離關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)以被仿真對(duì)象主文件名相同擴(kuò)展名為*.mima方式存儲(chǔ)，3D模型參數(shù)以*.mdl方式存儲(chǔ)。4.5 仿真場(chǎng)景及動(dòng)畫(huà)生成飛機(jī)仿真模型（以波音-777為例）4.5 仿真場(chǎng)景及動(dòng)畫(huà)生成為飛機(jī)對(duì)象添加航跡點(diǎn)參數(shù)4.5 仿真場(chǎng)景及動(dòng)畫(huà)生成彈道及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡2D顯示圖 4.6 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 彈目仿真運(yùn)動(dòng)可視化截圖 結(jié) 論本文以某型地空導(dǎo)彈彈道設(shè)計(jì)為背景，建立導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用比例導(dǎo)引法設(shè)計(jì)導(dǎo)引律，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真、分析。以所得的飛行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用STK軟件更為直觀地描述導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。本設(shè)計(jì)僅僅考慮在諸多理想條件下的導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)特性，未考慮現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下風(fēng)阻、導(dǎo)彈自身偏航等干擾因素，因而模型設(shè)計(jì)與仿真是理想化的