基于Creator和Vega的寻的导弹飞控系统(2)

针对寻的导弹人在回路飞控系统的设计问题,提出一种 Vega/Creator 视景仿真与导弹飞控系统设计相结合的设计方法。

Creator专用的数字高程数据格式。由于导弹飞行过程中具有较大的视角范围，在下落过程中视点高度变化较大，因此建立多个LOD，相邻层地形多边形数目相差大约25%。 2.3 LynX中的模型处理

LynX是Vega提供的一个应用程序定义配置和动态预览

工具。在Object中添加Creator生成的flt模型，

并引入场景。然后进行如下配置：

(1)通过不同的Channel设置，即用画中画的方式实现仿真所需要的目标识别视景窗口和导弹运动监视窗口。

(2)加入导弹起飞发动机工作时的特效、尾迹特效和导弹命中目标或者碰撞地面爆炸的特效。为了真实再现导弹发动机工作效果，火焰效果可采用用户自定义粒子特效模拟。

(3)在Player面板中将舵机和导弹弹体绑定，并定义舵机相对弹体的转动的自由度，使之符合实际。

(4)在Isector面板中处理导弹与地面及与目标相交测试，均采用LOS方式。在Environment Effects面板中加入必要的云层和阳光变化效果，并在Graphics States面板中进行不同通道的光、雾和材质的设置。

(5)在Input Devices面板中设置输入设备为PC控制摇杆。最后将所有对象、特效等做相应的绑定并加入场景完成LynX的模型处理。

2.4 控制方案及参数设计

导弹发射后采用程控定俯仰角变化实现其弹道倾角爬升，合理调节阻尼回路系数进行阻尼补偿。巡航阶段实现等高飞行的高度控制律可选取：

Δδz=KΔHΔH+KΔH&ΔH&+K∫

ΔH∫ΔHdt

(1) 其中，K∫ΔH为放大系数。

转入寻的飞行阶段后，控制系统引入人体动力学延迟补偿等环节进行闭合，控制指令切换为人工输入。在外界输入控制指令条件下，内环以姿态响应为状态变量获得控制舵偏指令，指令生成依照如下关系给出：

Δδz=K ( C )+K & & (2) 其中，K 为前向增益系数；K &为阻尼补偿系数。

人在回路寻的控制系统设计如图2所示。

图2 导弹控制系统回路

控制律的参数设计借助Matlab环境下的LTI设计手段，结合弹体动力学模型的传递函数进行综合设计，合理选择控制参数，最终满足初步设计目标要求。

2.5 导弹弹道模型

6-DOF导弹参数定义及飞行弹道模型参照文献[5]，并产生相关计算子函数。

速度矢量变化方程： d V θ

=f(α,β,Ma,L) (3) dt ψ V —244

— 弹体绕质心转动方程：

d ωx ω

y =g(α,β,Ma,L) (4) dt ωz 质心位置方程： d x y

=h(V,θ,ψV) dt (5) z 姿态方程： d dt ψ

=h(ωx,ωy,ωz, ,γ) (6) γ 质量方程：

dm= I1

(7) dtg

同时补充几何方程使模型闭合，积分初值由装订程序生成发射坐标系下的相关参数注入。

3 Vega与飞控系统设计

Vega通过上百个C语言编写的应用程序编程接口(API)函数实现对可视场景的实时控制。主函数生成的步骤如下：

(1)使用函数vgInitSys()对系统初始化。 (2)使用函数vgInitFx()对特效初始化。

(3)使用vgDefineSys()读取应用程序定义文件。 (4)使用vgConfigSys()完成系统配置。

(5)使用循环结构，加入vgSyncFrame()实现帧同步处理，vgFrame()实现当前帧处理。 3.1 视景系统仿真

在操作手操作导弹的过程中，要实时再现导引头视场效果，为此，通过定义特定监视窗口模拟操纵手实际的监控画面，主要通过以下步骤实现：

(1)使用函数vgChanWin(vgNewChan *chan, win)创建通道并设置通道所在窗口。

(2)使用函数vgObservScene(vgNewObserv *obser, vgGet Scene(0))设置观察场景。

(3)使用函数vgPosVec(pos, x, y, z, h, p, r)设置观察者初始位置。

(4)使用函数vgObservPlyr(obs, missile)将观察者与导弹 绑定。

(5)使用函数vgProp(obs,VGOBS_LOOKAT_TARGET, VGOBS_L_PLYR), vgObservLookatPlyr(obs,tank)定义观察目标为坦克，然后将导弹的尾焰特效用vgProp(m_fire,VGFX_ STATE, VG_ON)函数开启。

这样就模拟了导弹通过电视导引头捕获目标并反馈到显示器后操作手监视目标运动的效果和导弹的尾焰与尾迹效果。一般尾焰特效采用粒子系统实现，其中，火焰方向沿发动机喷管向后，火焰的开启和关闭能根据飞行状况受控。 3.2 实际弹道和控制方程仿真

导弹弹道参数的迭代过程采用4阶龙格-库塔法解算。在定义了积分步长和Vega帧刷新时间与实际飞行时间一致后，即可实时地观察导弹飞行效果。

(1)在固定爬升角度的爬升阶段，定义导弹飞行观察视场与监控视场同时以不同角度呈现实际飞行效果，导弹发动机点火起飞。

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