Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов (2-е изд., 2013) (1246775), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Так, в пп. 3.4.2 и 3.4.3 обсуждались новые возможности маневрирующихбоеголовок. Другим примером являются крылатые ракеты, которые развиваютсясо времен второй мировой войны. Орбитальные корабли «Спейс шатл» и «Буран»реализовали высокоточную посадку самолетного типа на аэродром и т. д.7.1. КОНЦЕПЦИЯ ТЕРМИНАЛЬНОГО НАВЕДЕНИЯСовременные бортовые компьютеры позволяют реализовать алгоритмы наведения,которые используют априорную информацию вместе с текущей информацией,получаемой на борту или посредством наземного слежения. В процессе развитияалгоритмов наведения к ним предъявляются определенные требования.
Совершенство алгоритма зависит от степени удовлетворения этим требованиям. Обычнорассматривается следующая совокупность требований.Точность наведения. Реализовавшуюся область терминальных параметров движения при данном способе наведения и действии возмущений называют областьюприведения.
Чем ближе указанная область к заданным терминальным условиям,тем выше точность наведения и совершеннее алгоритм.Допустимый разброс начальных условий — это множество отклонений начальных параметров траектории и характеристик ЛА, в пределах которого алгоритмобеспечивает требуемую точность удовлетворения терминальных условий.Гибкость наведения определяется возможностью оперативной перенастройкиалгоритма наведения при изменении терминальных условий.
Желательно, чтобытакая перенастройка была реализуема даже в процессе полета..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»296Глава 7. Терминальное наведениеЗаданные ограничения на параметры движения (например, по перегрузке,температуре на поверхности конструкции и др.) должны учитываться алгоритмомнаведения.Качество процесса регулирования связано с простотой реализации формируемой алгоритмом командной управляющей функции и малыми затратами энергетикиЛА на ее реализацию.
Для этого командная управляющая функция должна бытьдостаточно гладкой.Экономность алгоритма наведения. Следует стремиться к тому, чтобы алгоритм наведения предъявлял минимальные требования к объему памяти БЦВМ и еебыстродействию.Одним из перспективных направлений развития является разработка многошаговых адаптивных алгоритмов терминального наведения. Основные принципытаких алгоритмов обсуждаются ниже.При построении многошаговых алгоритмов время полета разбивается на интервалы (шаги) постоянной или переменной длительности такие, чтобы все расчетыпо выбору параметров наведения для остающейся траектории укладывались в пределах одного шага.
Решение о выборе параметров наведения на предстоящем шагепринимается в конце текущего шага на основе располагаемой априорной информации, измерительной информации, полученной к началу текущего шага, и прогнозадвижения на оставшейся части траектории. Длительность шага выбора параметровнаведения (или просто управления) зависит от задачи.
С одной стороны, она должнапозволять проведение всех вычислений по выбору управления, а с другой стороны,она должна обеспечивать устойчивость движения ЛА. Типичная длительность шагауправления составляет 1 ÷ 10 с.Существуют три способа прогноза остающейся траектории движения. Первыйспособ предполагает использование конечных функций (интегралов упрощенныхуравнений движения) для прогноза остающейся траектории. Параметры интегралов обычно соответствуют номинальной траектории движения. Использованиеконечных функций снижает требования к БЦВМ и позволяет сократить время расчетов.
Точность прогнозируемой траектории зависит от ее близости к номинальнойтраектории. Этот факт снижает гибкость алгоритма наведения.Второй способ основан на численном прогнозе остающейся траектории. Этотспособ увеличивает требования к быстродействию БЦВМ, но является болеегибким, так как не зависит от номинальной траектории. Для численного прогнозанеобходимо знание закона опорного управления. Рациональная структура законауправления должна устанавливаться на стадии разработки алгоритмов наведения,часто с помощью анализа упрощенной модельной задачи. Способы снижениятребований к быстродействию БЦВМ будут обсуждаться далее.Третий способ является комбинацией аналитического и численного прогнозаостающейся траектории. Одна часть может вычисляться численно, а другая часть —с помощью аналитических формул.
Этот смешанный способ является компромиссом между точностью прогнозируемой траектории и требованиями к БЦВМ.Все заданные ограничения на параметры движения ЛА (например, по перегрузке, нагреву, углам ориентации и т. д.) должны быть учтены в прогнозе остающейсятраектории..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»7.1. Концепция терминального наведения297Прогноз остающейся траектории необходим для расчета производных терминальных (конечных) параметров движения по варьируемым параметрам принятой функции наведения. Первая прогнозируемая траектория вычисляется (аналитически или численно) с использованием параметров наведения, выбранныхна предыдущем шаге коррекции управления.
Вторая траектория прогнозируетсяпри малой вариации первого параметра функции наведения. Третья траекторияпрогнозируется при малой вариации второго параметра функции наведения и т. д.Разница между терминальными параметрами второй прогнозируемой траекториии первой прогнозируемой траектории позволяет вычислить частные производныетерминальных параметров движения по первому параметру наведения. Разницамежду терминальными параметрами третьей прогнозируемой траектории и первойпрогнозируемой траектории позволяет вычислить частные производные терминальных параметров движения по второму параметру наведения и т. д.
Следовательно, общее число прогнозируемых траекторий должно на единицу превышатьчисло уточняемых параметров функции наведения, структура которой установленазаранее. В некоторых задачах оказывается возможным использовать вычисленныеи затабулированные предварительно частные производные. Такая возможностьпозволяет снизить требования к быстродействию БЦВМ, но допустимость использования таких производных определяется рассматриваемой задачей.Теоретически число заданных терминальных условий (и равное им число определяемых параметров наведения) не ограничено, но большое число определяемыхпараметров при решении двухточечной краевой задачи существенно усложняетвычисления.
В действительности наилучшие результаты обеспечиваются, когдачисло параметров функции наведения не превышает двух.С помощью частных производных терминальных параметров движения попараметрам наведения можно вычислять поправки к параметрам наведения. Уточненное управление должно обеспечивать удовлетворение заданных терминальныхусловий при отсутствии возмущений.
На самом деле ЛА находится под воздействием внешних возмущений. Кроме того, имеются методические ошибки алгоритмовнаведения, инструментальные ошибки, ошибки исполнения команд и т. д. Поэтомувыбранная управляющая функция наведения используется только на одном шагекоррекции управления, а затем параметры наведения снова уточняются. Чемкороче остающаяся траектория, тем меньше влияние возмущений на выбираемоеуправление.Разработка многошаговых алгоритмов терминального наведения с прогнозомдвижения требует решения ряда сложных задач. Например, необходимо создатьметод устойчивого решения двухточечной краевой задачи для определения параметров наведения.
Это требует глубокого понимания физической сущностизадачи, которое основано на большом объеме предварительных исследований.В процессе таких исследований надо установить корреляцию между терминальными параметрами траектории и вариациями параметров наведения.
Желательнополучить такую структуру опорной функции наведения, в которой вариацияодного параметра, в основном, влияет на один параметр движения. Тогда решениедвухточечной краевой задачи для выбора параметров наведения существенноупрощается..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»298Глава 7. Терминальное наведениеДругая задача связана с выбором уравнений движения для прогноза остающейся траектории. Размерность этой системы уравнений зависит от размерностидвухточечной краевой задачи. Правые части уравнений движения должны быть повозможности проще и учитывать возможности БЦВМ.Наконец, для сокращения времени вычисления потребного управления необходимо правильно выбрать метод интегрирования.
Порядок метода зависит отрасполагаемого времени для проведения расчетов и потребной точности прогнозируемой траектории. Если время расчета ограничено, то следует использовать методинтегрирования низкого порядка. Поэтому в начале движения выбор параметровнаведения может оказаться не слишком точным, но к концу траектории ошибкиопределения параметров наведения будут уменьшаться из-за уменьшения длиныостающейся части траектории.Другой путь выполнения ограничения на время вычислений состоит в фиксировании числа шагов интегрирования. При этом в начале траектории параметрынаведения могут оказаться также не очень точными, но к концу траектории ихточность существенно возрастает из-за уменьшения длины остающейся прогнозируемой траектории.В некоторых случаях оказывается целесообразным использовать в качествеаргумента кажущуюся скорость вместо времени. Постоянный шаг интегрированияпо кажущейся скорости обеспечивает короткие шаги по времени в области большихскоростных напоров и длинные шаги по времени в области малых скоростныхнапоров, что в целом повышает точность расчета траектории.Адаптация к реальным условиям движения основана на автономной измерительной информации и дополнительных расчетов по определению главныхвозмущающих факторов.
Установленные возмущения могут затем учитываться припрогнозе остающейся траектории и выборе параметров наведения. Те возмущающие факторы, которые не могут быть выявлены таким способом, обычно слабовлияют на траекторию движения и их можно не уточнять.В качестве примера рассмотрим процедуру формирования функции наведенияк месту посадки спускаемого аппарата с малым аэродинамическим качеством(k ≈ 0.3). Это типичная задача терминального наведения, когда необходимо свестик нулю обе составляющие промаха точки посадки, в продольном направлении и боковом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
