本科畢業(yè)答辯

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：指導(dǎo)老師： 目錄 1、畢設(shè)背景及意義 2、導(dǎo)彈縱向運(yùn)動數(shù)學(xué)模型 3、導(dǎo)彈縱向可控彈道設(shè)計 4、STK仿真設(shè)計 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)實技術(shù)的快速發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(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)計為背景，針對導(dǎo)彈的縱向運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，設(shè)計比例導(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)快速可視化仿真實現(xiàn)的方案框架，通過實例進(jìn)行驗證演示，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、簡便迅捷簡便迅捷。2 導(dǎo)彈縱向運(yùn)動數(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)又稱自動導(dǎo)引制導(dǎo)，

3、是指導(dǎo)彈能夠自主地搜索、捕捉、識別、跟蹤和攻擊目標(biāo)的制導(dǎo)方式。尋的裝置時實現(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 自動駕駛儀的功能是控制和穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行。自動駕駛儀一般由慣性器件、控制電路和舵機(jī)系統(tǒng)組成，它通常通過操縱導(dǎo)彈的空氣動力控制面或推力矢量控制導(dǎo)彈的姿態(tài)運(yùn)動。2.3導(dǎo)彈運(yùn)動方程組的建立彈道坐標(biāo)系中的導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動的動力學(xué)方程相對地面坐標(biāo)系姿態(tài)的運(yùn)動學(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 3.1 總體方案設(shè)計 3.2 俯仰通道阻尼回路設(shè)計 3.3 縱向控制回路設(shè)計 3.4 仿真結(jié)果分析3.1 總體方案設(shè)計 3.2 俯仰通道阻尼回路設(shè)計3.3 縱向控制回路設(shè)計 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 4.1方案結(jié)構(gòu)圖設(shè)計 4.2 整體程序流程圖 4.3 控制臺接口及設(shè)計 4.4 定時器中斷子程序設(shè)計 4.1 方案結(jié)構(gòu)圖以試驗或計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簡易控制臺，以時間為主線，完成對仿真過程主要項目的控制。4.2 整體程序流程圖4.3 控制臺接口及設(shè)計 STK/Con模塊能夠通過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提供的簡易控制臺程序，用戶可簡單的編寫命令進(jìn)行二次開發(fā)，達(dá)到控制目的，省去底層通訊代碼的編寫。根據(jù)用戶需要編寫系列命令，以*.btip后綴存儲，使用時用Button Tool可執(zhí)行文件打開，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象的數(shù)據(jù)均以文件形式提供給仿真過程使用。彈道數(shù)據(jù)以* .e的后綴形式存儲?？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# 版本說明BEGIN Ephemeris# 彈道文件頭特征符號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)開始時間Ephemer is Ecf Time Pos # ECF-LLA-Pos形式說明# 時間(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4.4 輸入文件的格式姿態(tài)參數(shù)以*.a的后綴形式存儲。可以采用多種組合給出，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#版本說明BEGIN Attitude #姿態(tài)文件頭特征符號Number of Attitude Points 10 #總數(shù)據(jù)量Scenario Epoch 15 Jul 2000 00:00:00.00#數(shù)據(jù)開始時間Attitude Time Quaternions

9、# 元素姿態(tài)形式說明#時間(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 #文件尾特征符號分離關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)以被仿真對象主文件名相同擴(kuò)展名為*.mima方式存儲，3D模型參數(shù)以*.mdl方式存儲。4.5 仿真場景及動畫生成飛機(jī)仿真模型（以波音-777為例）4.5 仿真場景及動畫生成為飛機(jī)對象添加航跡點(diǎn)參數(shù)4.5 仿真場景及動畫生成彈道及目標(biāo)運(yùn)動軌跡2D顯示圖 4.6 系統(tǒng)功能實現(xiàn) 彈目仿真運(yùn)動可視化截圖 結(jié) 論本文以某型地空導(dǎo)彈彈道設(shè)計為背景，建立導(dǎo)彈縱向運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用比例導(dǎo)引法設(shè)計導(dǎo)引律，并對系統(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)動過程。本設(shè)計僅僅考慮在諸多理想條件下的導(dǎo)彈縱向運(yùn)動特性，未考慮現(xiàn)實狀態(tài)下風(fēng)阻、導(dǎo)彈自身偏航等干擾因素，因而模型設(shè)計與仿真是理想化的