一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，针对高速飞行并对目标进行追踪，而且速度大小与方向都发生剧烈变化的飞行器轨迹测试信号的仿真模拟，首先根据飞行器的发动机性能指标以及实验数据，给出根据发动机加速度进行飞行器速度大小变化的函数描述方式；其次根据追踪导引过程以圆周运动来简化模拟其轨迹加速度转弯的过程；从而将加速度分为发动机加速度与追踪导引加速度两部分的虚拟叠加，前者负责生成切向运动的速度与轨迹，后者负责生成径向运动的速度与轨迹，再将两者分解到直接坐标系中，通过两次积分，使得飞行器能够实现追踪的同时，又能实现速度按照发动机预设的方式进行变化，从而实现轨迹测试信号的仿真模拟。信号的仿真模拟。信号的仿真模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法


[0001]本专利技术涉及飞行器制导与速度位置信号仿真模拟领域，具体而言，涉及一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法。

技术介绍

[0002]在飞行器测试时，有时需要对飞行器高度信号与侧向位置信号进行测试，由于真实飞行器在空中飞行时，其轨迹随着目标变化而剧烈变化，而且无法采用真实高度表、惯导等仪器来进行信号反馈来进行测试。此时需要采用仿真模拟方法来提供所需的位置测试信号。传统的比例导引方法或者追踪导引方法的仿真模拟过程考虑的是飞行器垂直速度方向的加速度变化，从而不改变飞行器速度大小。但实际情况是，近程飞行器在发射升空后，飞行器的速度是剧烈变化的，其飞行过程包含速度的多个加速过程；因此，采用传统模拟方法无法解决该问题。而另一种采用牛顿积分叠加仿真的方式，无法避免的出现随着高度降低，速度越来越快的问题，主要是物理过程中，重力势能转化为速度动能，但仿真过程中其速度的增加并不便于控制，以实现按照发动机预设的理想方式速度增加或者按照多次实验的方式获得的理想速度数据增加，都是非常困难的。基于上述背景原因，本专利技术提出一种将发动机的理想实验数据当成虚拟速度，叠加与导引所形成圆周运动过程的速度数据，从而两者进行叠加，解决了导引的目标追踪模拟问题，又能避免导引过程速度方向改变而大小不变的问题，同时由于叠加的速度方向是垂直于径向，从而使得其能够控制速度大小的变化按照实验理想数据来变化，从而使得整个飞行器的速度与位置变化过程模拟非常逼真，从而能够为测试系统提供更精准的位置测试信号，也使得本专利技术具有很高的工程应用价值。
[0003]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，进而克服了由于相关技术的限制和缺陷而导致的位置信号模拟过程不够精确以及速度无法按照发动机性能提供的加速过程准确变化的问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S10，针对高速飞行且速度大小剧烈变化的飞行器，根据发动机参数以及飞行任务、速度变化情况，选取d个典型速度节点；将其速度变化分解为d
‑
1个阶段，然后求解每个阶段的发动机加速度信号；并进行积分，得到飞行器的发动机推进速度信号。
[0007]步骤S20，根据目标的纵向位置信号与飞行器的纵向位置信号，求解纵向偏差信号；根据目标的垂向位置信号与飞行器的垂向位置信号，求解垂向偏差信号；再根据纵向偏差信号与垂向偏差信号求解飞行器相对目标的视线角信号；再设计一阶微分器，模拟视线角测量的惯性过程，并求取视线角速率信号。
[0008]步骤S30，根据所述飞行器相对目标的视线角信号与视线角速率信号以及飞行器的发动机推进速度，求解飞行器的追踪导引加速度信号；然后根据飞行器的弹道角信号，将飞行器的追踪导引加速度信号进行分解，得到纵向追踪导引加速度信号与垂向追踪导引加速度信号；再将发动机加速度信号根据飞行器的弹道角信号进行分解，得到发动机纵向加速度信号与发动机垂向加速度信号。
[0009]步骤S40，根据所述的纵向追踪导引加速度信号与发动机纵向加速度信号进行叠加，得到飞行器的纵向总加速度指令信号，然后设计飞行器纵向器体一阶模拟环节，得到飞行器的纵向总加速度输出信号；根据所述的垂向追踪导引加速度信号与发动机垂向加速度信号进行叠加，得到飞行器的垂向总加速度指令信号，然后设计飞行器垂向器体一阶模拟环节，得到飞行器的垂向总加速度输出信号。
[0010]步骤S50，根据所述的飞行器的纵向总加速度输出信号进行积分，得到飞行器的纵向总速度；再根据所述的飞行器的垂向总加速度输出信号进行积分，得到飞行器的垂向总速度；然后根据飞行器的总向总速度与飞行器的垂向总速度求解飞行器的合速度信号以及飞行器的弹道角信号；再根据飞行器的纵向总速度信号进行积分得到飞行器的纵向位置信号；根据飞行器的垂向总速度信号进行积分，得到飞行器的垂向位置信号；从而形成闭环解算，完成飞行器的位置信号解算与模拟，为测试系统提供高精度的动态位置信息。
[0011]在本专利技术的一种示例实施例中，针对高速飞行且速度大小剧烈变化的飞行器，根据发动机参数以及飞行任务、速度变化情况，选取d个典型速度节点；将其速度变化分解为d
‑
1个阶段，然后求解每个阶段的发动机加速度信号；并进行积分，得到飞行器的发动机推进速度信号包括：
[0012][0013]t＝n*T；
[0014][0015]v
c
(n+1)＝v
c
(n)+Ta
a
(n)；
[0016]其中T表示数据离散采样周期，为常值参数，n为正整数，t表示飞行时间，v
i
为根据飞行器发动机模型与实验数据得到的飞行器速度节点信息，其表示飞行器在t＝t
i
时刻点的发动机标定理想速度；d为速度节点个数，i为正整数，i≤d
‑
1，t
i
为v
i
所对于的时刻点数据；a
i
为第i个阶段的发动机加速度值；a
a
为发动机加速度信号；v
c
为发动机推进速度信号。
[0017]在本专利技术的一种示例实施例中，根据目标的纵向位置信号与飞行器的纵向位置信号，求解纵向偏差信号；根据目标的垂向位置信号与飞行器的垂向位置信号，求解垂向偏差信号；再根据纵向偏差信号与垂向偏差信号求解飞行器相对目标的视线角信号；再设计一阶微分器，模拟视线角测量的惯性过程，并求取视线角速率信号包括：
[0018]Δx＝x2‑
x1；
[0019]Δy＝y2‑
y1；
[0020][0021][0022]其中x1为飞行器的纵向位置信号、y1为飞行器的垂向位置信号；x2为目标的纵向位置信号、y2为目标的垂向位置信号；Δx为纵向偏差信号，Δy为垂向偏差信号；q为飞行器相对目标的视线角信号，tan
‑1()为反正切函数；q
d
为视线角速率信号，s为传递函数的微分算子，T1为常值时间参数，用于模拟测量环节的惯性滞后特性。
[0023]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述飞行器相对目标的视线角信号与视线角速率信号以及飞行器的发动机推进速度，求解飞行器的追踪导引加速度信号；然后根据飞行器的弹道角信号，将飞行器的追踪导引加速度信号进行分解，得到纵向追踪导引加速度信号与垂向追踪导引加速度信号；再将发动机加速度信号根据飞行器的弹道角信号进行分解，得到发动机纵向加速度信号与发动机垂向加速度信号包括：
[0024]a
b
＝k1q
d
v
c
+k2qv
c
；
[0025]a...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，其特征在于以下步骤：步骤S10，针对高速飞行且速度大小剧烈变化的飞行器，首先根据发动机参数以及飞行任务、速度变化情况，选取d个典型速度节点；将其速度变化分解为d
‑
1个阶段，然后求解每个阶段的发动机加速度信号；并进行积分，得到飞行器的发动机推进速度信号如下：t＝n*T；v
c
(n+1)＝v
c
(n)+Ta
a
(n)；其中T表示数据离散采样周期，为常值参数，n为正整数，t表示飞行时间，v
i
为根据飞行器发动机模型与实验数据得到的飞行器速度节点信息，其表示飞行器在t＝t
i
时刻点的发动机标定理想速度；d为速度节点个数，i为正整数，i≤d
‑
1，t
i
为v
i
所对于的时刻点数据；a
i
为第i个阶段的发动机加速度值；a
a
为发动机加速度信号；v
c
为发动机推进速度信号；步骤S20，根据目标的纵向位置信号与飞行器的纵向位置信号，求解纵向偏差信号；根据目标的垂向位置信号与飞行器的垂向位置信号，求解垂向偏差信号；再根据纵向偏差信号与垂向偏差信号求解飞行器相对目标的视线角信号；再设计一阶微分器，模拟视线角测量的惯性过程，并求取视线角速率信号如下：Δx＝x2‑
x1；Δy＝y2‑
y1；；其中x1为飞行器的纵向位置信号、y1为飞行器的垂向位置信号；x2为目标的纵向位置信号、y2为目标的垂向位置信号；Δx为纵向偏差信号，Δy为垂向偏差信号；q为飞行器相对目标的视线角信号，tan
‑1()为反正切函数；q
d
为视线角速率信号，s为传递函数的微分算子，T1为常值时间参数，用于模拟测量环节的惯性滞后特性；步骤S30，根据所述飞行器相对目标的视线角信号与视线角速率信号以及飞行器的发动机推进速度，求解飞行器的追踪导引加速度信号；然后根据飞行器的弹道角信号，将飞行器的追踪导引加速度信号进行分解，得到纵向追踪导引加速度信号与垂向追踪导引加速度信号；再将发动机加速度信号根据飞行器的弹道角信号进行分解，得到发动机纵向加速度信号与发动机垂向加速度信号如下：a
b
＝k1q
d
v
c
+k2qv
c
；a
bx
＝a
b sinθ；a
by
＝
‑
a
b cosθ；
a

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，董海迪，王哲，袁胜智，张涛涛，殷虎，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：