一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法

1.本发明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。


背景技术：

2.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，本发明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，也使得本发明具有很高的工程应用价值。
3.需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，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。


技术实现要素：

4.本发明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。
5.根据本发明的一个方面，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：
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.在本发明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]
vc(n+1)＝vc(n)+taa(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，vi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＝ti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，ti为vi所对于的时刻点数据；ai为第i个阶段的发动机加速度值；aa为发动机加速度信号；vc为发动机推进速度信号。
[0017]
在本发明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＝x
2-x1；
[0019]
δy＝y
2-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；qd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]
在本发明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]ab
＝k1qdvc+k2qvc；
[0025]abx
＝absinθ；
[0026]aby
＝-a
b cosθ；
[0027]aax
＝a
a cosθ；
[0028]aay
＝a
a sinθ；
[0029]
其中k1、k2为常值导引参数，ab为飞行器的追踪导引加速度信号、a
bx
为纵向追踪导引加速度信号、a
by
为垂向追踪导引加速度信号、a
ax
为发动机纵向加速度信号、a
ay
为发动机垂向加速度信号、θ为飞行器的弹道角信号。
[0030]
在本发明的一种示例实施例中，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包括：
[0031]ax
＝a
ax
+a
bx
；
[0032][0033]ay
＝a
ay
+a
by
；
[0034][0035]
其中a
x
为飞行器的纵向总加速度指令信号，a
x1
为飞行器的纵向总加速度输出信号，t2为常值时间参数，用于模拟飞行器器体的转弯惯性滞后特性；ay为飞行器的垂向总加速度指令信号，a
y1
为飞行器的垂向总加速度输出信号。
[0036]
在本发明的一种示例实施例中，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包括：
[0037]vx
(n+1)＝v
x
(n)+a
x1
t；
[0038]
vy(n+1)＝vy(n)+a
y1
t；
[0039][0040][0041]
x1(n+1)＝x1(n)+v
x
(n)t；
[0042]
y1(n+1)＝y1(n)+vy(n)t；
[0043]
其中v
x
为飞行器的纵向总速度，vy为飞行器的垂向总速度，va为飞行器的垂向总速度。
[0044]
有益效果
[0045]
本发明一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，其主要创新点有如下三点。第一点是提出了采用虚拟速度叠加的方式，解决了传统导引过程飞行器速度的大小与方向变化模拟不能兼顾的矛盾问题。第二是提出了将导引过程的加速度当作圆周运动的径向加速度，仅改变速度方向，该方式以及转化计算方法能大大简化导引过程的模拟解算计算量，而且提高了其模拟精度。第三是将发动机加速过程的加速度当真导引过程的垂向加速度，仅改变速度大小；从而使得速度的大小与方向控制问题，两者分开模拟，各司其责，从而实现了导引过程速度大小变化的精确控制，也使得了整个解算过程物理意义明确，实现简单，而且提高的位置测试信号具有很高的精度，能够适用并应用于模拟飞行器末端动态变化的各种复杂的对目标的追踪过程。
[0046]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
[0047]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
图1是本发明提供的一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法方法流程图；
[0049]
图2是本发明实施例所提供方法的发动机推进速度信号(单位：米每秒)；
[0050]
图3是本发明实施例所提供方法的视线角速率信号(单位：弧度每秒)；
[0051]
图4是本发明实施例所提供方法的纵向追踪导引加速度信号(单位：米每秒方)；
[0052]
图5是本发明实施例所提供方法的垂向追踪导引加速度信号(单位：米每秒方)；
[0053]
图6是本发明实施例所提供方法的纵向总加速度输出信号(单位：米每秒方)；
[0054]
图7是本发明实施例所提供方法的垂向总加速度输出信号(单位：米每秒方)；
[0055]
图8是本发明实施例所提供方法的飞行器的合速度信号(单位：米每秒)；
[0056]
图9是本发明实施例所提供方法的飞行器的纵向位置信号(单位：米)；
[0057]
图10是本发明实施例所提供方法的飞行器的垂向位置信号(单位：米)；
[0058]
图11是本发明实施例所提供方法的飞行器相对目标运动曲线(单位：米)。
具体实施方式
[0059]
现在将参考附图基础上更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
[0060]
本发明提供了一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，针对高速运动并对目标进行追踪的飞行器的轨迹模拟问题，尤其是飞行器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。
[0061]
下面，将结合附图对本发明的一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，进行进一步的解释以及说明。参考图1所示，该一种基于虚拟速度叠加的测试信号仿真模拟方法，可以包括以下步骤：
[0062]
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。
[0063]
具体的，可以分解为如下三小步。第一步，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，记作vi，ti。vi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＝ti时刻点的发动机标定理想速度；i为正整数，i≤d-1，ti为vi所对于的时刻点数据；d为速度节点个数。
[0064]
第二步，将飞行器速度变化分解为d-1个阶段，然后求解每个阶段的发动机加速度信号如下：
[0065]
；
[0066]
其中ai为第i个阶段的发动机加速度值。
[0067]
第三步，根据每个阶段的发动机加速度值进行汇总，得到发动机加速度信号；然后进行积分，得到飞行器的发动机推进速度信号如下：
[0068]
t＝n*t；
[0069][0070]
vc(n+1)＝vc(n)+taa(n)；
[0071]
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，aa为发动机加速度信号；vc为发动机推进速度信号。
[0072]
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。
[0073]
具体的，可以分解为如下三小步。第一步，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，求解垂向偏差信号如下：
[0074]
δx＝x
2-x1；
[0075]
δy＝y
2-y1；
[0076]
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。
[0077]
第二步，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如下：
[0078][0079]
其中q为飞行器相对目标的视线角信号，tan-1
()为反正切函数。
[0080]
第三步，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：
[0081][0082]
其中qd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。
[0083]
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。
[0084]
具体的，可以分解为如下三小步。第一步，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如下：
[0085]ab
＝k1qdvc+k2qvc；
[0086]
其中k1、k2为常值导引参数，ab为飞行器的追踪导引加速度信号。
[0087]
第二步，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如下：
[0088]abx
＝a
b sinθ；
[0089]aby
＝-a
b cosθ；
[0090]
其中a
bx
为纵向追踪导引加速度信号、a
by
为垂向追踪导引加速度信号，θ为飞行器的弹道角信号。
[0091]
第三步，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：
[0092]aax
＝a
a cosθ；
[0093]aay
＝a
a sinθ；
[0094]
其中a
ax
为发动机纵向加速度信号、a
ay
为发动机垂向加速度信号。
[0095]
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。
[0096]
具体的，可以分解为如下四小步。第一步，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如下：
[0097]ax
＝a
ax
+a
bx
；
[0098]
其中a
x
为飞行器的纵向总加速度指令信号。
[0099]
第二步，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如下：
[0100][0101]
其中a
x1
为飞行器的纵向总加速度输出信号，t2为常值时间参数，用于模拟飞行器器体的转弯惯性滞后特性。
[0102]
第三步，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如下：
[0103]ay
＝a
ay
+a
by
；
[0104]
其中ay为飞行器的垂向总加速度指令信号。
[0105]
第四步，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如下：
[0106][0107]
其中a
y1
为飞行器的垂向总加速度输出信号。
[0108]
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。
[0109]
具体的，可以分解为如下三小步。第一步，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如下：
[0110]vx
(n+1)＝v
x
(n)+a
x1
t；
[0111]
vy(n+1)＝vy(n)+a
y1
t；
[0112]
其中v
x
为飞行器的纵向总速度，vy为飞行器的垂向总速度。
[0113]
第二步，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如下：
[0114][0115][0116]
其中va为飞行器的垂向总速度，θ为飞行器的弹道角信号。
[0117]
第三步，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如下：
[0118]
x1(n+1)＝x1(n)+v
x
(n)t；
[0119]
y1(n+1)＝y1(n)+vy(n)t；
[0120]
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。
[0121]
案例实施与计算机仿真模拟结果分析
[0122]
在步骤s10中，选取d＝4，设置4个典型速度节点，得到发动机推进速度信号如图2所示。
[0123]
在步骤s20中，设置目标以20米每秒速度匀速直线运动，选取t1＝0.1，得到视线角速率信号如图3所示。
[0124]
在步骤s30中，选取k1＝1.9，k2＝200，得到纵向追踪导引加速度信号如图4所示，垂向追踪导引加速度信号如图5所示。
[0125]
在步骤s40中，选取t2＝0.15，得到飞行器的纵向总加速度输出信号如图6所示，得到飞行器的垂向总加速度输出信号如图7所示。
[0126]
在步骤s50中，得到飞行器的合速度信号如图8所示，得到飞行器的纵向位置信号如图9所示；得到飞行器的垂向位置信号如图10所示，得到总的飞行器相对目标运动曲线如图11所示。
[0127]
由图2与图8的对比可以看出，图2的速度为理想速度点生成，故其变化为直线，而图8为真实速度变化曲线，其为曲线，但两者非常相似，可见其在速度变化方面具有非常好的测试模拟等效精度。而图4、图5、图6以及图7的加速度变化曲线可以看出，在整个飞行器对目标的追踪过程中变化非常剧烈与复杂，因此常规方法模拟一旦精度不够，则在轨迹上会产生巨大的偏差，从而难以满足要求。而从图11可以看出，最终飞行器能够完成对目标的
追踪。可见本发明所提供的方法不仅能够完全体现追踪导引过程的轨迹变化，而且在速度变化方面也能够按照发动机变化理想数据来逼近变化，从而具有很高的测试信号等效模拟精度，也具有很高的工程实用价值。

技术特征：
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＝x
2-x1；δy＝y
2-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
ax
＝a
a cosθ；a
ay
＝a
a sinθ；其中k1、k2为常值导引参数，a
b
为飞行器的追踪导引加速度信号、a
bx
为纵向追踪导引加速度信号、a
by
为垂向追踪导引加速度信号、a
ax
为发动机纵向加速度信号、a
ay
为发动机垂向加速度信号、θ为飞行器的弹道角信号；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如下：a
x
＝a
ax
+a
bx
；a
y
＝a
ay
+a
by
；其中a
x
为飞行器的纵向总加速度指令信号，a
x1
为飞行器的纵向总加速度输出信号，t2为常值时间参数，用于模拟飞行器器体的转弯惯性滞后特性；a
y
为飞行器的垂向总加速度指令信号，a
y1
为飞行器的垂向总加速度输出信号；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如下：v
x
(n+1)＝v
x
(n)+a
x1
t；v
y
(n+1)＝v
y
(n)+a
y1
t；t；x1(n+1)＝x1(n)+v
x
(n)t；y1(n+1)＝y1(n)+v
y
(n)t；其中v
x
为飞行器的纵向总速度，v
y
为飞行器的垂向总速度，v
a
为飞行器的垂向总速度。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：李静 董海迪 王哲 袁胜智 张涛涛 殷虎
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/6/27