GNSS拒止环境下卫星制导炸弹作战效能提升策略.pdf
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1、第45卷第5期2023年10 月探测与控制学报Journal of Detection&ControlVol.45 No.5Oct.2023GNSS拒止环境下卫星制导炸弹作战效能提升策略王彦璎1,何晶1,吴北苹1,张伟3(1.空军工程大学信息与导航学院,陕西西安7 10 0 7 7;2.解放军930 8 8 部队,内蒙古赤峰0 2 440 0;3.解放军9 330 3部队,辽宁沈阳110 0 43)摘要:针对战场态势变化快,卫星制导炸弹接收导航时频信息不连续,武器作战效能发挥不充分的问题,提出全球卫星导航系统(GNSS)拒止环境下卫星制导炸弹作战效能提升策略。构建卫星制导炸弹中末制导转接极限距
2、离模型,分析影响作战效能因素,研究提升作战效能策略,并进行仿真实验。实验结果表明,在GNSS拒止环境下,可以通过提升载机速度和改变攻角,对卫星制导炸弹作战效能进行提升,为充分发挥其作战效能和判断其命中目标的可能性提供参考依据。关键词:全球卫星导航系统;卫星制导炸弹;作战效能;策略中图分类号:TN967.1Study on the Combat Efficiency Improvement Strategy of Satellite-guidedWANG Yanyingl*2,HE Jing,WU Beiping,ZHANG Wei?(1.Information and Navigation S
3、chool,Air Force Engineering University,Xian 710077,China;2.Unit 93088 of PLA,Chifeng 024400,China;3.Unit 93303 of PLA,Shenyang 110043,China)Abstract:In view of the problems of rapid change of battlefield situation,discontinuous navigation time-fre-quency information of satellite guided bomb receivin
4、g,and inadequate play of weapon combat effectiveness,thestrategy of improving the operational efficiency of satellite guided bomb under the GNSS rejection environmentwas proposed.The limit distance model of terminal guided transfer in satellite guided bomb was constructed,thefactors affecting combat
5、 efficiency were analyzed,the strategy of improving combat efficiency was proposed,andthe simulation experiment was conducted.The test results showed that in the GNSS rejection environment,theoperational efficiency of the aircraft could be improved by improving the speed and changing the angle of at
6、tack,so as to provide a reference for the satellite-guided bombs to give full play to their operational effectiveness andjudge the possibility of hitting the target.Key words:GNSS;satellite-guided bombs;fighting efficiency;tactics0引言近年来,全球卫星导航系统(global navigationsatellite system,GNSS)以其独有的全球性、全天候、连续
7、的精密导航与定位能力,被广泛应用于军事领域1。卫星导航系统与其他导航系统相结合,进一步提高了各类巡航导弹、制导炸弹等精确制导武器的命中精度和可靠性。在常规作战行动中,弹道文献标志码:ABomb Under GNSS Rejection Environment文章编号:10 0 8-1194(2 0 2 3)0 5-0 0 92-0 6导弹和巡航导弹一般用于首轮制权打击,但因其价格昂贵等原因,连续使用将消耗大量作战资源,而卫星制导炸弹具有高精度、易操作、低成本的特点,可在联合火力打击和夺控支援作战中大量使用。目前关于卫星制导炸弹的相关研究大多关于其制导与控制2-5,或命中精度6-7 等方面,并已
8、经取得了丰硕成果,但关于卫星拒止环境下制导炸弹作战效能提升策略研究甚少报道。因此,本文着眼GNSS拒止环境下卫星制导炸弹作战效能的提升,为飞*收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 7作者简介:王彦璎(1991一),女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生。王彦璎等:GNSS拒止环境下卫星制导炸弹作战效能提升策略行员在战场上应对接收导航时频信息不连续、武器作战效能发挥不充分等战场环境,改变攻击决策提供理论基础。1卫星制导炸弹简述931滑翔增程段!始!段11一11俯冲段111.1卫星制导炸弹系统组成卫星制导炸弹是在常规航空炸弹尾部加装自主式惯性导航/卫星导航(INS/GPS)制导组件,其尾部装置由制导控制部
9、件(GCU)、炸弹尾锥体整流罩、尾部舵机、尾部控制舵面和电缆组件等构成8。以美国的联合直接攻击弹药(JDAM)为例,其尾舱组成如图1 所示9。MIL-STD-1760胶带接口固定带战斗部安装接口GCU装置遥测部件遥测天线图1JDAM炸弹及其制导组件Fig.1The JDAM bomb and its guidance components1.2卫星制导炸弹作战过程描述卫星制导炸弹的飞行弹道全过程分为三个阶段5,10,如图2 所示。第一阶段为初始段,即无控飞行阶段,一般在投弹后2 4s,在此阶段由于气流对卫星制导炸弹影响较大,其间不对其进行控制1。第二阶段为滑翔增程段,进入中制导,采用卫星导航与
10、惯性导航组合的制导方式,由于其本身无动力系统,一般采用固定攻角下滑控制弹道,加之过载机动能力的限制条件,可充分利用炸弹升力,保证较远射程,有效提高载机生存能力2 。第三阶段为俯冲段,进人末制导,在俯冲段采用激光末制导、红外末制导等制导方式,对地面目标实施精确打击。图2 卫星制导炸弹全过程飞行弹道示意图Fig.2 The attack process of satellite-guided bombs2卫星制导炸弹模型及中末制导转接极限距离分析卫星制导炸弹正常发挥其作战效能的前提是中末制导转接成功,作战效能可随着中末制导转接成功概率增加而增大5.10。卫星制导炸弹中末制导转制导组件接极限距离与转
11、接成功概率关系密切,本章将通过卫星制导炸弹飞行动力学及运动学原理,定量分析炸弹飞行轨迹、飞行时间、飞行距离等数据,再根据GNSS在飞行过程中可修正水平偏差,设计中末制导转接极限距离模型,得到GNSS拒止环境下转接信道前置CPS天线成功概率与中末制导转接极限距离之间的关系,为前置结构体复合材料舵翼遥测控制装置后置CPS天线热电池组GPS天线前置放大器提升作战效能策略做理论准备。为了便于模型建立,做如下合理约束:1)载机平台在高空做水平匀速运动,侧向运动忽略不计,其携带的卫星制导炸弹对地面单个静止目标实施轰炸;2)无风场影响,大气为标准气象条件,将卫星制导炸弹作为质点进行建模;3)由于本文主要针对
12、GNSS对卫星制导炸弹作战效能的影响进行研究,故只考虑其滑翔增程阶段的运动,故将飞行过程简化,取消初始段,直接进人滑翔增程段,到俯冲段前截止;4)由约束1),本模型设计为卫星制导炸弹在俯仰面内的二维运动模型。2.1卫星制导炸弹运动学模型卫星制导炸弹在飞行时受到的力主要为重力及空气动力,重力G在地面坐标系中为负,空气动力在速度/弹道坐标系上分解为X、Y,分别为卫星制导炸弹的阻力和升力,阻力X为负,升力Y为正,可得卫星制导炸弹空间运动方程组如式(1)所示9:94式(1)中,m为炸弹质量,g为重力加速度,C为阻力系数,C,为升力系数,C。是零阻系数,C为诱导阻力系数,C是单位攻角所产生的升力系数,与
13、攻角是线性关系,q是动压,为空气密度,V为卫星制导炸弹飞行速度,H为卫星制导炸弹飞行高度。2.2卫星制导炸弹动力学模型卫星制导炸弹在飞行过程中承受的载荷可由过载衡量,过载是影响卫星制导炸弹飞行机动能力的重要因素,过载越大表示升力超过卫星制导炸弹的重量越多,其受力也越严重,用n来表示,其表达式为nG,式(2)中,G为作用在卫星制导炸弹上的重力矢量,N为作用在卫星制导炸弹上除了重力以外的所有外力的合力矢量。卫星制导炸弹沿弹道飞行时,需用法向过载必须小于可用法向过载,否则卫星制导炸弹将偏离引导弹道,无法命中目标4,当其进人俯冲段时,过载值必须不小于1g,才能有足够的机动性进人末制导7。设n,为法向过
14、载,即过载在Oy1轴上的投影,表达式为n,=二mgcos 0_Vdo.Ggdt综上所述,卫星制导炸弹在进入末制导前,必须满足法向过载绝对值n取值不超过1g,并接近1g的条件,使得卫星制导炸弹既可按预定弹道飞探测与控制学报GG=一mgdVm-X-mgsinQdtd-Y-mgcos 0mV9dtd-Vcos 0dtd=Vsin0dtX=qSC.Y=qSC,C,=Co+Ci2C,=C19=20Vo=1.225X(=-0N+G行,且有足够的机动能力进入末制导,此时即为过载值的最佳取值。2.3GNSS水平偏差修正能力GNSS水平偏差修正能力,是在水平方向GNSS可修正轨迹偏差的最大值。GNSS可修正水平
15、方向偏差表示为r=TXtXo,式(4)中,为定位响应延迟时间;为水平方向(1)GNSS修正系数,一般由卫星给出,则卫星制导炸弹飞行时间T与GNSS可修正水平方向偏差r关系最为密切。2.4中末制导转接条件及成功概率2.4.1中末制导转接条件由于陡峭弹道可以减少高度误差对制导精度的H影响,卫星制导炸弹在滑翔增程段飞临目标上空后,44300选择以大地水平为基准、目标视线角小于一45的条件进末制导,可有效提高制导精度,达到较高的毁伤效果3。综合以上因素,总结出投弹后制导炸弹在飞行时应遵循的中末制导转接条件:1)若满足目标视线角要求(以大地水平为基准,目标视线角小于一45),立即转入末制导;2)若不满足
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