预警机引导战斗机发射空空导弹的仿真研究
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摘要
随着军事技术的发展，现在的军事作战思想已经发生了巨大的变化。现代高科技战争的特点即将转向信息化的战争，要求战场上各种信息实现实时共享和协调。预警机集空中预警、指挥、控制、通讯和电子战等功能于一身，是空中活动雷达站和空中指挥中心。现代空战的基本战术思想是：空中预警机发现空中目标，指挥引导已方战斗机进行空战。
利用预警机指挥战斗机进行空战，在发达国家已经运用到实战中，它们的相关理论研究和技术水平已经相当成熟。而我国在这方面的研究起步比较晚，相对较落后，正是基于此情况，本文对预警机引导战斗机发射空空导弹进行了飞行仿真的初步研究。
本文研究的主要内容有：
(1) 分析预警机在空中遂行任务时的巡航路线，建立预警机相应的飞行仿真模型，然后完成双平行线飞行航迹的模拟；阐述了预警机的作用和系统的组成及目前预警的发展情况；实现预警机雷达对于目标信息数据的测算以及目标信息的转换。
(2) 分析研究战斗机在预警机引导下攻击目标的近距离和远距离两个过程。在战斗机的远距导引阶段先对传统的纯比例(PPN)导引和纯碰撞攻击进行仿真，并在此基础上推导出一种基于时间最优(OPG)的导引，实现战斗机远距离时间最短、燃料消耗最少的导引；在战斗机的近距导引阶段分析了矩阵对策法和类比导引，来实现战斗机的最佳优势占位。
(3) 对空空导弹的中制导和末制导进行研究。在导弹的中制导阶段推导出最优预测的比例导引；在导弹的末制导阶段，基于最优控制理论，推导出一种变系数的比例导引律。
(4) 采用模块化设计的思想，将预警机引导战斗发射空空导弹的仿真模型分成几个主模块和子模块，并分别设计了预警机、目标、战斗机、导弹等的飞行程序。在设定的初始条件下，对预警机引导战斗机发射空空导弹的飞行过程进行了仿真，并对相应的结果进行了分析，给出了可视动态飞行过程。仿真结果表明：建立的整个过程的模型是可用的，得到的导引方法和制导律能满足要求。
At present, the philosophy of military combat has already changed a lot with the development of military technology. The characteristics of high-tech related wars in modern days will soon become information wars, which require all kinds of information should be simultaneously shared and well coordinated in the battle field. AWACS has plenty of functions such as alarming, commanding control, communication as well as electronic warfare, etc., and it also serves as the radar station and command center in the air. The basic philosophy of modern military combat is: AWACS detects an aerial target and guides fighters to attack it.
The use of AWACS technology to command fighters to attack a target has already been applied to actual fights in the air, and the related theory and researches have already became pretty mature. However, the studies in this field started quite late in China, and thus its technologies was rather backward. Therefore, the present research was concerned with principium study and simulation of fighter launch air-to-air missile guided by AWACS.
The main contents in this study are as follows:
Firstly, the study analyzed the cruise route of AWACS, and built the corresponding mathematic mode, and then simulated double parallel cruise route. In addition, it expounded the constitutes, functions and development of the system, and it also transferred information of target which detected by AWACS radar to fighter.
Secondly, it analyzed two processes of close navigation and remote navigation of fighter attack target guided by AWACS, and it simulated pure proportion guidance and pure collision attack in the long distance. Further more, it detruded optimum guidance of time, realized least time and least energy guidance. In the close guidance process, it adopted matrix countermeasure law and the analogy proportion law to realize the best advantage place of fighter.
Thirdly, it studied midcourse guidance laws and end guidance laws of air-to-air missile. The optimum forecast proportion guidance was detruded in the midcourse guidance process. Based on the optimization control theory, it detruded a modulus proportion guidance law of end guidance process.
Finally, the thesis adopted the idea of modularization design to divide the processes of fighter launch air-to-air missile into some main-modularizations and some sub-modularizations, and at the same time simulated the processes of AWACS,
利用预警机指挥战斗机进行空战，在发达国家已经运用到实战中，它们的相关理论研究和技术水平已经相当成熟。而我国在这方面的研究起步比较晚，相对较落后，正是基于此情况，本文对预警机引导战斗机发射空空导弹进行了飞行仿真的初步研究。
本文研究的主要内容有：
(1) 分析预警机在空中遂行任务时的巡航路线，建立预警机相应的飞行仿真模型，然后完成双平行线飞行航迹的模拟；阐述了预警机的作用和系统的组成及目前预警的发展情况；实现预警机雷达对于目标信息数据的测算以及目标信息的转换。
(2) 分析研究战斗机在预警机引导下攻击目标的近距离和远距离两个过程。在战斗机的远距导引阶段先对传统的纯比例(PPN)导引和纯碰撞攻击进行仿真，并在此基础上推导出一种基于时间最优(OPG)的导引，实现战斗机远距离时间最短、燃料消耗最少的导引；在战斗机的近距导引阶段分析了矩阵对策法和类比导引，来实现战斗机的最佳优势占位。
(3) 对空空导弹的中制导和末制导进行研究。在导弹的中制导阶段推导出最优预测的比例导引；在导弹的末制导阶段，基于最优控制理论，推导出一种变系数的比例导引律。
(4) 采用模块化设计的思想，将预警机引导战斗发射空空导弹的仿真模型分成几个主模块和子模块，并分别设计了预警机、目标、战斗机、导弹等的飞行程序。在设定的初始条件下，对预警机引导战斗机发射空空导弹的飞行过程进行了仿真，并对相应的结果进行了分析，给出了可视动态飞行过程。仿真结果表明：建立的整个过程的模型是可用的，得到的导引方法和制导律能满足要求。
At present, the philosophy of military combat has already changed a lot with the development of military technology. The characteristics of high-tech related wars in modern days will soon become information wars, which require all kinds of information should be simultaneously shared and well coordinated in the battle field. AWACS has plenty of functions such as alarming, commanding control, communication as well as electronic warfare, etc., and it also serves as the radar station and command center in the air. The basic philosophy of modern military combat is: AWACS detects an aerial target and guides fighters to attack it.
The use of AWACS technology to command fighters to attack a target has already been applied to actual fights in the air, and the related theory and researches have already became pretty mature. However, the studies in this field started quite late in China, and thus its technologies was rather backward. Therefore, the present research was concerned with principium study and simulation of fighter launch air-to-air missile guided by AWACS.
The main contents in this study are as follows:
Firstly, the study analyzed the cruise route of AWACS, and built the corresponding mathematic mode, and then simulated double parallel cruise route. In addition, it expounded the constitutes, functions and development of the system, and it also transferred information of target which detected by AWACS radar to fighter.
Secondly, it analyzed two processes of close navigation and remote navigation of fighter attack target guided by AWACS, and it simulated pure proportion guidance and pure collision attack in the long distance. Further more, it detruded optimum guidance of time, realized least time and least energy guidance. In the close guidance process, it adopted matrix countermeasure law and the analogy proportion law to realize the best advantage place of fighter.
Thirdly, it studied midcourse guidance laws and end guidance laws of air-to-air missile. The optimum forecast proportion guidance was detruded in the midcourse guidance process. Based on the optimization control theory, it detruded a modulus proportion guidance law of end guidance process.
Finally, the thesis adopted the idea of modularization design to divide the processes of fighter launch air-to-air missile into some main-modularizations and some sub-modularizations, and at the same time simulated the processes of AWACS,
引文
【1】 高浩，朱培申，高正红．高等飞行动力学．北京：国防工业出版社，2004
【2】 方群．导弹飞行力学．西安：西北工业大学出版社，1996
【3】 方振平．飞机飞行动力学．北京：北京航空航天大学出版社，2005
【4】 方振平，陈万春，张曙光．航空飞行器飞行动力学．北京：北京航空航天大学出版社，2005
【5】 吕学富，飞行器飞行力学．西安：西北工业大学出版社，1995
【6】 白文林，温炳恒．有翼导弹总体设计原理．西安：西北工业大学出版社，1991．10
【7】 陈佳实，导弹制导和控制系统的分析与设计．北京：宇航出版社，1989．4
【8】 郦能静．预警机系统导论．北京：国防工业出版社，1998
【9】 肖其虎．基于面向对象技术的实时飞行仿真系统设计．西北工业大学硕士论文，2001
【10】 张安，周志刚．航空综合火力控制系统．西安：西北工业大学，1997
【11】 陆彦，周志刚，夏英明．航空火力控制技术．北京：国防工业出版社，1994
【12】 王华．Visual C++ 6.0编程实例与技巧．机械工业出版社，1999
【13】 丁鹭飞，耿富录．雷达原理．西安：西安电子科技大学出版社，1995．6
【14】 杰里L．伊伏斯，爱德华K．里迪．现代雷达原理．电子工业出版社，1991．3
【15】 徐士良．C常用算法程序集．北京：清华大学出版社，1994
【16】 陈士橹，吕学富．导弹飞行力学．西安：西北工业大学，1983
【17】 石泉．弹道导弹突防技术导论．北京：中国宇航出版社，2003
【18】 史震，赵世军．导弹制导与控制原理．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社．2002
【19】 徐明友，丁松滨．飞行动力学．北京：科学出版社，2003
【20】 吴文海，杨春泉，倪世宏，谢川．三维RTPN的追踪导引研究．飞行力学，2003(4)
【21】 张友安，胡云安，顾文锦．针对变速机动目标的变速导弹三维导引律．飞行力学，2002(1)
【22】 张友安，杨华东，胡云安．机动目标三维空间导引运动建模及导引律研究．飞行力学，2003(6)
【23】 王宏伦，佟明安．多机空战仿真系统．西北工业大学学报，1998(2)
【24】 王宏伦，佟明安．空战仿真中的机动决策分析．航空学报，1997(5)
【25】 赵春阳，韩英明，常福忠．歼击机中距空战的初步仿真研究．航空系统工程．1995(3)
【26】 于雷，李言俊，欧建军．现代战斗机最佳导引算法研究．航空学报，2006(3)
【27】 宫颖，高晓光，赵峰．预警机雷达在协同空战中的多目标探测．火力与指挥控制，2005(9)
【28】 陈军，高晓光．预警机指挥多机群空战得战术决策．火力与指挥控制，2006(1)
【29】 陆雅清．基于战术数据链的新一代歼击机协同空战火控系统研究．南京航空航天大学硕士论文，2005
【30】 陈超．超视距多目标攻击及战机导引关键技术研究．南京航空航天大学硕士论文，2006
【31】 潘锦川．攻击机群空战数据链和火力控制的研究与仿真．南京航空航天大学硕士论文，2005
【32】 常占红．分布式空战模拟仿真系统研究．西北工业大学硕士论文．1999
【33】 罗得林，吴文海．最优导引律研究．飞机设计，2004(9)
【34】 吴文海，刁军．现代战机导引系统及其关键技术．飞行力学，2004(12)
【35】 杨春泉，倪世宏．现代战机的导引及其控制律研究．系统仿真学报，2003(7)
【36】 雷虎民．战术导弹最优复合制导规律研究及其应用．西北工业大学博士论文，1996
【37】 蔡立军．微分对策最优制导律研究．西北工业大学博士论文，1996
【38】 张常云．超视距空空导弹复合制导的理论研究．北京航空航天大学博士论文，1994
【39】 周荻．寻的导弹新型导引规律．北京：国防工业出版社，2002
【40】 Song, T.L, "Target Adaptive Guidance For Passive Homing Missile", IEEE Transaction on Aerospace and Electraonic system, Vol. 33, No.1, 1997, PP. 312-316
【41】 J.C. Juang, C.F. Lin, J.H. Evers, J.R. Cloutier "Missile Endgame Analysis" Proceedings of the 1st IEEE Conference on Control Applications. 1992.
【42】 Yaakov. Oshman and David. Arad "Enhanced Air-to-Air Missile tracking Using Target Orientation Observations" , AIAA-2001-4110
【43】 J.R. Cloutier, J.H. Evers, and J.J.Feeley, "Assessment of Air-to-Air Missile Guidance and Control Technology", IEEE Control System Magnzine 27-34,1989.
【44】 Ching-Fang Lin, ernest Ohlmeyer, John E. Bibel and Steve Malyevac "Optimal Design of Integrated Missile Guidance and Control" AIAA-98-5519
【45】 Gutman, S., "On Optimal Guidance for Homing Missiles", Journal of Guidance and Control, Vol. 3, No. 4,1979
【46】 杨军．导弹控制系统设计原理．西安：西北工业大学出版社，1997
【47】 Der-Ren Taur, Jeng-Shing Chern "A Modified Proportional Navigation Guidance Law For IR Homing Missile", AIAA 2000-4160
【48】 R.R. Chamberlain, "Calculation of Three-Dimensional Jet Interaction Flowfields", AIAA 90-2099
【49】 Philsung Kim, Byung-Eul Jun, "An Approximate Target Adaptive Guidance For IR Homing", AIAA 2002-4842
【50】 Ciann-Dong Yang and Fang-8o Yeh, "Optimal Proportional Navigation", J. Guidance, Vol.11, No. 4, July-Augest 1988
【51】 Y.S. Kim, H.S.Cho, Z. Bien, "A New Guidance Law for Homing Missiles", J. Guidance, 1985, Vol 8, No. 3
【52】 王冠军．中远程空空导弹复合制导研究．西北工业大学硕士论文，2005
【53】 周箴，李言俊．一种变系数比例导引规律．西北工业大学学报，1997(5)
【54】 周凤岐．现代控制理论及其应用．西安：电子科技大学出版社，1994年
【55】 阕志宏．线性系统理论．西安：西北工业大学出版社，1995．12
【56】 袁子怀，钱杏芳．有控飞行力学与计算机仿真．北京：国防工业出版社，2001．4
【2】 方群．导弹飞行力学．西安：西北工业大学出版社，1996
【3】 方振平．飞机飞行动力学．北京：北京航空航天大学出版社，2005
【4】 方振平，陈万春，张曙光．航空飞行器飞行动力学．北京：北京航空航天大学出版社，2005
【5】 吕学富，飞行器飞行力学．西安：西北工业大学出版社，1995
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【8】 郦能静．预警机系统导论．北京：国防工业出版社，1998
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【16】 陈士橹，吕学富．导弹飞行力学．西安：西北工业大学，1983
【17】 石泉．弹道导弹突防技术导论．北京：中国宇航出版社，2003
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【20】 吴文海，杨春泉，倪世宏，谢川．三维RTPN的追踪导引研究．飞行力学，2003(4)
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【23】 王宏伦，佟明安．多机空战仿真系统．西北工业大学学报，1998(2)
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【26】 于雷，李言俊，欧建军．现代战斗机最佳导引算法研究．航空学报，2006(3)
【27】 宫颖，高晓光，赵峰．预警机雷达在协同空战中的多目标探测．火力与指挥控制，2005(9)
【28】 陈军，高晓光．预警机指挥多机群空战得战术决策．火力与指挥控制，2006(1)
【29】 陆雅清．基于战术数据链的新一代歼击机协同空战火控系统研究．南京航空航天大学硕士论文，2005
【30】 陈超．超视距多目标攻击及战机导引关键技术研究．南京航空航天大学硕士论文，2006
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【36】 雷虎民．战术导弹最优复合制导规律研究及其应用．西北工业大学博士论文，1996
【37】 蔡立军．微分对策最优制导律研究．西北工业大学博士论文，1996
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【40】 Song, T.L, "Target Adaptive Guidance For Passive Homing Missile", IEEE Transaction on Aerospace and Electraonic system, Vol. 33, No.1, 1997, PP. 312-316
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【42】 Yaakov. Oshman and David. Arad "Enhanced Air-to-Air Missile tracking Using Target Orientation Observations" , AIAA-2001-4110
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【44】 Ching-Fang Lin, ernest Ohlmeyer, John E. Bibel and Steve Malyevac "Optimal Design of Integrated Missile Guidance and Control" AIAA-98-5519
【45】 Gutman, S., "On Optimal Guidance for Homing Missiles", Journal of Guidance and Control, Vol. 3, No. 4,1979
【46】 杨军．导弹控制系统设计原理．西安：西北工业大学出版社，1997
【47】 Der-Ren Taur, Jeng-Shing Chern "A Modified Proportional Navigation Guidance Law For IR Homing Missile", AIAA 2000-4160
【48】 R.R. Chamberlain, "Calculation of Three-Dimensional Jet Interaction Flowfields", AIAA 90-2099
【49】 Philsung Kim, Byung-Eul Jun, "An Approximate Target Adaptive Guidance For IR Homing", AIAA 2002-4842
【50】 Ciann-Dong Yang and Fang-8o Yeh, "Optimal Proportional Navigation", J. Guidance, Vol.11, No. 4, July-Augest 1988
【51】 Y.S. Kim, H.S.Cho, Z. Bien, "A New Guidance Law for Homing Missiles", J. Guidance, 1985, Vol 8, No. 3
【52】 王冠军．中远程空空导弹复合制导研究．西北工业大学硕士论文，2005
【53】 周箴，李言俊．一种变系数比例导引规律．西北工业大学学报，1997(5)
【54】 周凤岐．现代控制理论及其应用．西安：电子科技大学出版社，1994年
【55】 阕志宏．线性系统理论．西安：西北工业大学出版社，1995．12
【56】 袁子怀，钱杏芳．有控飞行力学与计算机仿真．北京：国防工业出版社，2001．4