NGHIÊN cứu HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP dẫn từ XA THEO HƯỚNG có lợi về NĂNG LƯỢNG tên lửa TRÊN cơ sở lý THUYẾT điều KHIỂN HIỆN đại

Tối ưu hóa quỹ đạo bay của tên lửa để tận dụng động năng bay thụđộng, mở rộng vùng tiêu diệt VTD cho các tổ hợp TLPK bằng cách lựachọn và xây dựng những phương pháp dẫn PPD mới [4,5].. T

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nộidung, số liệu và kết quả đã trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực vàchưa có tác giả nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

Nguyễn Thanh Tùng

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể cán bộ hướng dẫn,các thầy giáo:

GS- TSKH Nguyễn Công Định PGS-TS Vũ Hỏa Tiễn

đã giúp đỡ và khuyến khích tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, tập thể cán bộ Bộmôn Tên Lửa / Khoa Kỹ thuật điều khiển đã quan tâm đóng góp ý kiến giúptôi hoàn thiện nội dung nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luônđộng viên, khuyến khích giúp tôi có thêm nghị lực để hoàn thành nội dungluận án

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU 1

I Đặt vấn đề nghiên cứu 1

II Phân tích và luận chứng về vấn đề nghiên cứu 3

1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới: 3

2 Các nghiên cứu trong nước 4

3 Một số luận giải cho hướng nghiên cứu 5

III Phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu 6

1 Phạm vi và nội dung nghiên cứu: 6

2 Phương pháp nghiên cứu: 8

IV Cơ sở lý thuyết và thực tế phục vụ nghiên cứu 9

1 Cơ sở lý thuyết: 9

2 Cơ sở thực tế của luận án: 10

V Mục đích, ý nghĩa và những đóng góp mới của luận án 10

1 Mục đích nghiên cứu: 10

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 10

3 Những đóng góp mới về khoa học: 11

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN TỪ XA TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12

1.1 Hệ thống điều khiển từ xa tên lửa phòng không theo lệnh vô tuyến 12

1.2 Những đặc trưng cơ bản của vòng điều khiển kín từ xa TLPK 15

1.2.1 Quá tải pháp tuyến 16

1.2.2 Độ cong quỹ đạo 17

1.2.2 Gia tốc pháp tuyến yêu cầu của PPD 18

1.3 Một số phương pháp dẫn tên lửa từ xa truyền thống 19

1.3.1 Phương pháp dẫn 3 điểm 19

1.3.2 Phương pháp bắn đón nửa góc 21

1.3.3 Phương pháp dẫn đối với mục tiêu bay thấp 22

1.4 Khảo sát đánh giá các phương pháp dẫn cơ bản 23

1.5 Đặt vấn đề tổng hợp PPD mới có tác dụng nâng cao độ chính xác dẫn và mở rộng vùng tiêu diệt 33

1.6 Kết luận chương 35

CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP PHƯƠNG PHÁP DẪN TÊN LỬA TỪ XA, THÍCH ỨNG VỚI MỤC TIÊU CƠ ĐỘNG VÀ CÓ LỢI VỀ ĐỘNG NĂNG 37

2.1 Đặt vấn đề 37

2.2 Phương pháp dẫn “Cầu vồng” [8, 82] 38

2.2.1 Phương trình phương pháp dẫn “Cầu vồng” 38

2.2.2 Gia tốc pháp tuyến yêu cầu của phương pháp dẫn “Cầu vồng” 41

2.2.3 Khảo sát đánh giá phương pháp dẫn “Cầu vồng” 42

2.3 Tổng hợp luật dẫn hai điểm tối ưu 45

2.3.1 Mô hình dẫn tối ưu dạng toàn phương tuyến tính bằng phương pháp trượt (Sweep method, [48]) 45

2.3.2 Luật dẫn tên lửa tối ưu theo các điều kiện ràng buộc 48

2.4 Tổng hợp phương pháp dẫn kết hợp 55

2.5 Mô phỏng kiểm chứng 57

2.6 Kết luận chương 64

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN TỐI ƯU QUẦN THỂ (PSO) TÌM THỜI ĐIỂM CHUYỂN CHO PHƯƠNG PHÁP DẪN KẾT HỢP 66

3.1 Đặt vấn đề 66

3.2 Tổng quan về thuật toán tối ưu quần thể (PSO) 67

3.2.1 Mở đầu 67

3.2.2 Thuật toán tối ưu quần thể PSO 70

3.3 Ứng dụng thuật toán PSO tìm thời điểm chuyển cho phương pháp dẫn kết hợp 74

3.4 Khảo sát thời điểm chuyển của phương pháp dẫn kết hợp theo PSO .78 3.4.1 Khảo sát tính ổn định của thuật toán PSO 78

3.4.2 Đánh giá hai PPD kết hợp theo thời điểm chuyển 83

3.5 Khảo sát, đánh giá các PPD kết hợp với thời điểm chuyển tối ưu theo độ chính xác dẫn 86

3.6 Kết luận chương 3 92

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MỞ RỘNG VÙNG TIÊU DIỆT CỦA PHƯƠNG PHÁP DẪN KẾT HỢP “CV-2DGOC” 93

4.1 Đặt vấn đề 93

4.2 Phương pháp xác định các giới hạn của vùng tiêu diệt 94

4.2.1 Những khái niệm cơ bản về VTD của tổ hợp TLPK 94

4.2.2 Nguyên tắc xác định VTD theo quan hệ giữa các quá tải 99

4.2.3 Xác định quá tải phát huy của tên lửa 101

4.2.4 Phương pháp xác định giới hạn VTD theo quan hệ quá tải 103

4.3 Đánh giá hiệu quả mở rộng VTD của PPD “CV-2DGOC” 107

4.4 Kết luận chương 4 111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

1 Chữ viết tắt

2D : Phương pháp 2 điểm từ xa

2DGOC : Phương pháp 2 điểm có tính tới góc tiếp cận

CGCN : Chuyển giao công nghệ

CV : Phương pháp cầu vồng

CV - 2D : Cầu vồng – 2 điểm

CV – 2DGOC : Cầu vồng – 2 điểm góc

ĐĐK : Đài điều khiển

ĐĐK - MT : Đài điều khiển – Mục tiêu

ĐKTƯ : Điều khiển tối ưu

MTT : Phương pháp 3 điểm cải tiến

NNVT : Ngòi nổ vô tuyến

ПС : Phương pháp bắn đón nửa góc

PSO : Tối ưu quần thể

PTTCĐK : Phương tiện tiến công đường không

TCTL : Phương pháp tiếp cận tỉ lệ

THTLPK : Tổ hợp tên lửa phòng không

TL - MT : Tên lửa – Mục tiêu

TLPK : Tên lửa phòng không

T/T : Phương pháp 3 điểm

VĐK : Vòng điều khiển

VTD : Vùng tiêu diệt

2 Ký hiệu

r tl [m] Cự ly từ đài điều khiển đến trọng tâm tên lửa

W tl [m/s 2 ] Gia tốc pháp tuyến của tên lửa

θ tl [rad] Góc nghiêng quỹ đạo của tên lửa

c

μ [Kg/s] Tốc độ thay đổi nhiên liệu tương đối

r mt [m] Cự ly từ đài điều khiển đến mục tiêu

θ mt [rad] Góc nghiêng quỹ đạo của mục tiêu

2 ] Gia tốc pháp tuyến mục tiêu

Δrr [m] Khoảng cách tương đối tên lửa – mục tiêu

Vtc [m/s] Vận tốc tương đối tên lửa – mục tiêu

.

1.9 Quỹ đạo TL, MT và đồ thị GTPT của các PPD “T/T”, “ПС” trong mặt phẳng đứng khi mục

1.10 Đồ thị tọa độ góc TL, MT trong mặt phẳng đứng và đồ thị vận tốc TL theo thời gian khi mục

1.11 Quỹ đạo TL, MT và đồ thị GTPT của các PPD “T/T”, “ПС” trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu cơ

1.12 Đồ thị tọa độ góc TL, MT trong mặt phẳng đứng và đồ thị vận tốc TL theo thời gian khi mục tiêu

2.1 Quỹ đạo động dẫn tên lửa theo phương pháp “Cầu vồng” 392.2 Đồ thị quỹ đạo của tên lửa và mục tiêu trong mặt phẳng thẳng đứng 422.3 Đồ thị GTPT (quá tải) của tên lửa trong mặt phẳng thẳng đứng 432.4 Đồ thị thay đổi góc tà tên lửa và mục tiêu 432.5 Đồ thị hàm vận tốc tên lửa, mục tiêu theo thời gian 432.6 Động hình học TL – MT trong mặt phẳng đứng 48

2.9 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng 592.10 Đồ thị GTPT TL – MT trong mặt phẳng đứng 592.11 Đồ thị tọa độ góc TL – MT trong mặt phẳng đứng 59

2.13 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng 602.14 Đồ thị GTPT TL – MT trong mặt phẳng đứng 612.15 Đồ thị tọa độ góc TL – MT trong mặt phẳng đứng 61

2.17 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng 622.18 Đồ thị GTPT TL – MT trong mặt phẳng đứng 62

2.19 Đồ thị tọa độ góc TL – MT trong mặt phẳng đứng 63

3.1 Quá trình cập nhật vị trí của mỗi cá thể trong quần thể 68

3.5 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng của PPD

“CV-2D” với điểm chuyển không tối ưu

85

3.6 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng của PPD

“CV-2DGOC” với điểm chuyển không tối ưu

85

3.7 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu cơ

động một phía

88

3.8 Đồ thị gia tốc pháp tuyến TL – MT theo thời gian 88

3.10 Đồ thị quỹ đạo TL – MT trong mặt phẳng đứng khi mục tiêu cơ

động dạng “Con rắn”

89

3.11 Đồ thị gia tốc pháp tuyến TL – MT theo thời gian 89

4.1 Sơ đồ khối hệ thống ĐKTX theo các PPD khác nhau 944.2 Hình dạng VTD của tổ hợp TLPK trong mặt phẳng: a)ε; b)β 954.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới giới hạn dưới VTD 984.4 Đặc tính thay đổi của quá tải phát huy theo quỹ đạo dẫn 99

4.8 Quỹ đạo tên lửa theo PPD “ПС” tới giới hạn xa của VTD trong

2.2 Bảng tham số của hệ thống và tên lửa tại điểm gặp 442.3 Bảng các phương án mục tiêu dùng cho khảo sát 582.4 Bảng tham số tên lửa và VĐK kín tại điểm gặp theo PPD kết hợp 633.1 Bảng các phương án mục tiêu dùng cho khảo sát 793.2 Bảng thời điểm chuyển tối ưu với mục tiêu PA1 793.3 Bảng thời điểm chuyển tối ưu với mục tiêu PA2 803.4 Bảng thời điểm chuyển tối ưu với mục tiêu PA3 813.5 Bảng thời điểm chuyển tối ưu với mục tiêu PA4 823.6 Bảng thời điểm chuyển của 2 PPD kết hợp 833.7 Bảng tham số tên lửa tại điểm gặp theo PPD “CV-2D” 843.8 Bảng tham số tên lửa tại điểm gặp theo PPD “CV-2DGOC” 84

3.10 Bảng tham số tên lửa tại điểm gặp khi t cđ = var., Δt = var.t = var. 91

Trong hàng loạt cuộc chiến tranh gần đây do Mỹ và đồng minh tiến hànhnhư: Afganistan năm 1986; Kô-sô-vô năm 1999; Irắc năm 2003; Syria năm

2014 đã sử dụng chiến thuật tấn công phủ đầu bằng các loại vũ khí tiến côngđường không hiện đại như tên lửa Tomahawk, máy bay ném bom chiến lượctàng hình F-117A, các máy bay chiến đấu F-14, F-15, F-16 Trong cuộc chiếntranh Lybia, liên quân Anh-Pháp-Mỹ sử dụng các loại máy bay hiện đại nhưmáy bay ném bom tàng hình B2-Spirit, máy bay chiến đấu F-15, F16 (Mỹ),máy bay Tornado-G4, Typhoon được trang bị các tên lửa hành trình StormShadow (Anh), còn Pháp sử dụng máy bay chiến đấu thế hệ mới DassaultRafale, Mirage-2000 …

Một số tính năng chung của các loại vũ khí này là :

- Có diện tích phản xạ hiệu dụng nhỏ dưới 1m2 (F22, F35, B2,…)

- Có độ cao hoạt động thay đổi lớn từ 0.1km đến 20km

- Có khả năng cơ động cao, khả năng chịu quá tải lớn tới 10g

- Dải vận tốc thay đổi từ 100m/s đến 1000m/s

Các chiến thuật sử dụng PTTCĐK thường được sử dụng trong các cuộcchiến tranh hiện nay là:

1

- Tiến công từ nhiều hướng với số lượng và cường độ lớn, đa dạng vềchủng loại vũ khí Trong đó máy bay cường kích ném bom và tên lửahành trình đóng vai trò chủ yếu.

- Tấn công mục tiêu từ cự ly xa, trên nhiều độ cao khác nhau

Trong điều kiện đó, các hệ thống tên lửa phòng không (TLPK) cũ cótrong trang bị của quân đội ta như tổ hợp C-75M, C-125M sẽ không phát huyđược hiệu quả do một số hạn chế Để nâng cao hiệu quả chiến đấu đối vớinhững hệ thống điều khiển tên lửa (ĐKTL) thế hệ cũ có thể cải tiến theonhững hướng sau:

1 Tăng khối lượng phần chiến đấu của đạn tên lửa phòng không (TLPK)

có điều khiển để tăng xác xuất tiêu diệt mục tiêu

2 Nâng cao khả năng cơ động của tên lửa bằng cách bổ sung cho tên lửaphương pháp tạo lực và mômen điều khiển mới như phương pháp điều khiểngaz-động [7] Theo đó, khả năng tác động nhanh và quá tải pháp tuyến tăngđáng kể

3 Tăng khả năng xử lý thông tin điều khiển, tăng số lượng các kênhquan sát - điều khiển, tăng khả năng phát hiện, khả năng chống nhiễu, độchính xác dẫn tên lửa, khả năng chiến đấu liên tục của tổ hợp…

4 Tối ưu hóa quỹ đạo bay của tên lửa để tận dụng động năng bay thụđộng, mở rộng vùng tiêu diệt (VTD) cho các tổ hợp TLPK bằng cách lựachọn và xây dựng những phương pháp dẫn (PPD) mới [4,5]

Đối với hai hướng cải tiến đầu tiên, để tăng hiệu quả chiến đấu cho tổhợp TLPK ta cần can thiệp vào đạn tên lửa và những vấn đề này nội dungnghiên cứu của luận án sẽ không đề cập

Việc tăng số lượng các kênh quan sát - điều khiển, tăng khả năng pháthiện mục tiêu có diện tích phản xạ hiệu dụng nhỏ ở cự ly xa và tăng khả năngchống nhiễu bằng cách sử dụng Anten mạng pha và phương pháp xử lý tín

hiệu số đã được nhiều tác giả, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước

đề cập đến, được công bố trong nhiều tài liệu

Hướng thứ 4 còn lại là hướng đề tài luận án lựa chọn bởi nhiều lý do,trong đó lý do chính là hướng cải tiến này hoàn toàn không yêu cầu phải canthiệp vào quả đạn, mức độ can thiệp vào đài điều khiển tên lửa (ĐKTL) là tốithiểu Do đó hướng này khả thi hơn cả trong điều kiện nước ta

II Phân tích và luận chứng về vấn đề nghiên cứu

1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Nếu xem xét theo trình tự những PPD do nước ngoài nghiên cứu đã cóứng dụng, hay những PPD có khả năng ứng dụng và đang trong giai đoạn tìmkiếm ứng dụng thì có thể nhìn thấy bức tranh sau:

Những PPD đã có ứng dụng trong các tổ hợp TLPK như: phương pháp

ba điểm “T/T”; bắn đón nửa góc “ПС”; “K”; “Quỹ đạo chuẩn”; , mỗi PPD

có một số ưu điểm khác nhau, được tối ưu theo những chỉ tiêu nhất định như:khả năng chống nhiễu tạp tích cực (“T/T”); khả năng tiêu diệt mục tiêu cơđộng (“ПС”); khả năng tiêu diệt mục tiêu bay thấp, mục tiêu mặt đất, mặtnước (“K”); khả năng duy trì động năng (“Quỹ đạo chuẩn”); khả năng tăng độchính xác; Cũng dễ nhận thấy rằng, hầu hết các PPD đã có ứng dụng trongthực tế, không có một phương pháp nào đồng thời có thể đáp ứng tất cả cácchỉ tiêu hay tối ưu được tất cả các tiêu chuẩn, đảm bảo hiệu quả cao đối vớimọi đối tượng mục tiêu [58, 61, 63, 76, 78, ]

Trong những nghiên cứu về PPD từ xa trên thế giới từ trước tới nay,ngoài các PPD truyền thống, một số hướng nghiên cứu hiện nay tập trung vàocải thiện chất lượng của các PPD từ xa truyền thống [63, 68, 76, 78], một sốtiếp cận theo hướng ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu hoặc ứng dụng lýthuyết điều khiển hiện đại [83] Chủ yếu tập trung vào các hướng nghiên cứuliên quan tới PPD tiếp cận tỉ lệ (TCTL)

3

Các công trình điển hình của hướng nghiên cứu tổng hợp luật dẫnTCTL trên cơ sở ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu bao gồm[20,35,38,45,46,47,48] Một số công trình nghiên cứu theo hướng mở rộng

và hoàn thiện PPD cho tên lửa tự dẫn bằng TCTL [53,54,55,56,57], v.v Điểm chung của các nghiên cứu này là bổ sung thêm vào luật dẫn TCTL cácthành phần liên quan tới sự cơ động của mục tiêu, góc tiếp cận của tên lửavới mục tiêu, bằng các giả thiết là gia tốc mục tiêu là không đổi hoặc làmột hàm đã biết theo thời gian dẫn còn lại

Ngoài ra, trên cơ sở sự phát triển của KHCN, máy tính số chuyên dụngngày càng được sử dụng rộng rãi, cho phép giải quyết các bài toán với sốlượng lớn các phép tính trong thời gian ngắn Các nghiên cứu về PPD sử dụng

mạng nơron, giải thuật di truyền, thuật toán tối ưu quần thể (Particle Swarm Optimization - PSO) đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm Công

trình [27] sử dụng mạng nơron để tổng hợp luật dẫn Các công trình[50,51,52] đã sử dụng thuật toán PSO để tổng hợp PPD Các kết quả môphỏng của các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng độ trượt ở điểm cuối của quátrình dẫn nhỏ hơn so với phương pháp TCTL thông thường, đồng thời quá tảitên lửa ở gần điểm gặp là xấp xỉ bằng 0 Thuật toán tối ưu quần thể có ưuđiểm về tính ổn định và tính tác động nhanh

2 Các nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu hoàn thiện hay đề xuất nghiên cứu PPD mới tối ưu theonhững chỉ tiêu như độ chính xác, năng lượng điều khiển hay năng lượng trungbình cả quá trình, cũng được nhiều nhà khoa học trong nước quan tâm, thểhiện trong các công trình [4,5,9,10] Trong đó, các tác giả ở công trình [9] đãtổng hợp được PPD hai điểm ứng dụng trong ĐKTX bằng cách sử dụng lýthuyết điều khiển tối ưu Luật dẫn này có dạng của luật dẫn TCTL trong tựdẫn Các thành phần trong biểu thức lập lệnh được tính thông qua việc vi

phân các tham số động hình học Công trình này cũng đã chứng minh đượckhả năng hiện thực hóa PPD hai điểm khi lập lệnh dưới ĐĐK.

Từ thực tế khoảng vài năm gần đây, ta đã cải tiến một số tổ hợp TLPKtheo chuyển giao công nghệ (CGCN) của nước ngoài Kết quả nghiệm thucho thấy hiệu quả của tổ hợp tăng lên rõ rệt, đặc biệt là cự ly xa vùng tiêu diệt(VTD) tăng tới (1.5÷1.8) lần [11] Tuy nhiên, nếu quan tâm sâu thì ta thấytrong những nội dung đã cải tiến, đạn TLPK không được cải tiến, vậy mấuchốt vấn đề tăng cự ly xa VTD nằm ở đâu?

Trong thuyết minh CGCN [11] có nói đến việc thay thế hai PPD cũ là

“T/T” và “ПC” bằng hai PPD mới là MTT và КДУ làm cho quỹ đạo bay củatên lửa luôn nằm phía trên đường ngắm đài điều khiển – mục tiêu (ĐĐK-MT) Có nghĩa là hiệu quả mở rộng VTD của khí tài cải tiến có nguyên nhân

từ việc áp dụng hai PPD mới, cho phép tối ưu hóa quỹ đạo tên lửa, nhưhướng cải tiến thứ tư đã nêu Tuy nhiên, trong tài liệu CGCN, thông tin vềhai PPD mới (КДУ và MTT) mà đối tác áp dụng vào khí tài cải tiến (dướidạng chương trình phần mềm) rất ít ỏi, không tường minh và không có khảnăng khai thác được

Từ phân tích trên, luận án đặt ra bài toán “Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp dẫn từ xa theo hướng có lợi về năng lượng tên lửa trên cơ sở

lý thuyết điều khiển hiện đại” nhằm xây dựng một PPD mới, áp dụng cho các

tổ hợp TLPK có trong trang bị, để mở rộng VTD và đảm bảo độ chính xácdẫn Vấn đề nghiên cứu trên là hết sức cần thiết và cấp bách

3 Một số luận giải cho hướng nghiên cứu

Luận giải cho việc lựa chọn hướng nghiên cứu được căn cứ trên một số

cơ sở và luận điểm sau

Thứ nhất là hướng nghiên cứu không định hướng tới việc tổng hợp ramột PPD hoàn toàn mới về mô hình toán học hay vật lý, mà định hướng tới

5

việc kết hợp những ưu điểm của các PPD đã có, đã tường minh trên cơ sở củamột số tiêu chí mới như duy trì động năng của tên lửa trong thời gian bay thụđộng và độ chính xác không thấp hơn những PPD đã có.

Thứ hai là thuật toán dẫn mới phải đơn giản, không đòi hỏi phải canthiệp sâu vào hệ thống ĐKTL hay làm thay đổi cấu trúc hệ thống và có thểhiện thực hóa bằng nguồn chất xám và vật tư trong nước

Thứ ba là nguồn thông tin sử dụng cho PPD mới phải là những thông tin

mà đài ĐKTL tự khai thác được như trước khi cải tiến, không đòi hỏi bổ sungthiết bị cảm biến hay thiết bị đo

Cuối cùng là PPD mới phải được kiểm chứng về hiệu quả và đánh giákhả năng ứng dụng trên cơ sở những thành tựu mới của KHCN liên quan tớihiện thực hóa lý thuyết điều khiển hiện đại, ứng dụng công nghệ số, côngnghệ thông tin,

III Phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1 Phạm vi và nội dung nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu: Đề tài luận án giới hạn trong phạm vi nghiên cứu

về động lực học tên lửa, động hình học điều khiển thiết bị bay, động họcvòng điều khiển (VĐK) kín từ xa TLPK và mô hình hóa toán học VĐK kínbằng mô phỏng

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các PPD và hệ lập lệnh đài ĐKTL

như một khâu nằm trong VĐK kín từ xa

Nội dung nghiên cứu:

Theo những luận giải, phạm vi và đối tượng nghiên cứu đã nêu, luận án

có nội dung định hướng tới giải quyết những vấn đề cơ bản sau:

a) Phân tích đánh giá các phương pháp dẫn từ xa TLPK và xác định bốn bài toán cần giải (nội dung Chương 1).

Chương 1 trình bày: tổng quan về VĐK kín từ xa TLPK; một số PPD từ

xa truyền thống áp dụng trong các tổ hợp TLPK; các tham số cơ bản đặctrưng cho PPD; khảo sát, phân tích đánh giá ưu nhược điểm của các PPDtruyền thống với các trường hợp mục tiêu khác nhau; cơ sở để đặt bài toánxây dựng PPD mới sử dụng cho TLPK đảm bảo hai tiêu chí là mở rộng VTD

và nâng cao độ chính xác dẫn

Tổng hợp PPD từ xa có lợi về động năng tên lửa, thích ứng với mục tiêu

cơ động trong giai đoạn bay thụ động trên cơ sở của ba PPD “Cầu vồng”, “Hai điểm” và “Hai điểm góc” (nội dung Chương 2).

Chương 2 trình bày: cơ sở xây dựng PPD cầu vồng (CV), PPD 2 điểm từ

xa có tính tới góc tiếp cận (2DGOC); khảo sát đánh giá so sánh hai PPD nàyvới PPD bắn đón nửa góc (ПС); đề xuất hai PPD kết hợp ký hiệu là “CV-2D”

và “CV-2DGOC”; khảo sát, đánh giá hiệu ứng kết hợp các PPD

b) Tối ưu hóa thời điểm chuyển PPD kết hợp bằng thuật toán tối ưu quần thể (PSO) (nội dung Chương 3).

Chương 3 trình bày: tổng quan về thuật toán tối ưu quần thể PSO vàhướng ứng dụng; sử dụng thuật toán PSO tìm thời điểm chuyển tối ưu giữahai giai đoạn “CV” và “2D” hoặc “2DGOC” đảm bảo hai tiêu chí: vận tốc và

độ trượt theo giá trị cho trước; khảo sát đánh giá hiệu quả và tính ổn định củathuật toán tối ưu PSO

c) Đánh giá hiệu quả mở rộng VTD của PPD kết hợp “CV-2DGOC”.

(nội dung Chương 4)

Chương 4 trình bày: những khái niệm cơ bản về VTD của tổ hợp TLPK;các phương pháp xây dựng VTD; thuật toán xác định giới hạn trên và giới hạn

xa VTD cho tổ hợp TLPK khi sử dụng PPD “CV-2DGOC”; khảo sát đánh giáhiệu quả mở rộng VTD của PPD “CV-2DGOC”

7

2 Phương pháp nghiên cứu:

Quá trình nghiên cứu được tiến hành theo hai phương pháp nghiên cứuchủ yếu là: phân tích lý thuyết và mô hình hóa các quá trình, mô phỏng, khảosát trên máy tính

Nghiên cứu, phân tích lý thuyết dựa trên những lý thuyết sau:

- Cơ sở xây dựng các hệ thống điều khiển từ xa TLPK, [2,68,76];

- Phương pháp động hình học nghiên cứu các hệ thống ĐKTL, [8];

- Động lực học và khí động học tên lửa, [13,69];

- Lý thuyết điều khiển tối ưu, [16,48];

- Lý thuyết xác suất thống kê trong điều khiển, [79]

Mô hình hóa toán học và mô phỏng trên máy tính có nền tảng chủ yếu là

mô hình toán học đối tượng và phần mềm Matlab

Để đơn giản hóa việc nghiên cứu, luận án bỏ qua một số yếu tố ít ảnhhưởng tới quỹ đạo của TLPK và chỉ xét những yếu tố cơ bản theo hai giả thiết:

- Hệ thống điều khiển là lý tưởng

- Tốc độ tên lửa là một hàm đã biết theo thời gian

Giả thiết thứ nhất cho phép bỏ qua các sai số của bản thân tên lửa và hệthống ĐKTL Khi đó tên lửa sẽ chuyển động chính xác theo quỹ đạo độnghình học (ĐHH)

Nếu coi tốc độ tên lửa là một hàm đã biết thì các phương trình ĐHH dẫn

từ xa, cùng với phương trình PPD có thể giải không phụ thuộc vào cácphương trình còn lại của hệ và giả thiết coi hệ thống điều khiển là lý tưởng cóthể chấp nhận được

Những nghiên cứu về ĐHH chưa mô tả hết chuyển động thực của tênlửa Tuy nhiên quỹ đạo động lực học thực tế của tên lửa, với giả thiết khâu tênlửa xấp xỉ lý tưởng, sẽ không khác nhiều quỹ đạo ĐHH của PPD

Nghiên cứu ĐHH quá trình dẫn TLPK, mặc dù là gần đúng, nhưng cũng

cho phép ta xây dựng các QĐĐ của TLPK với độ chính xác đủ lớn, đánh giáđược độ cong quỹ đạo và xác định được tính chất cơ động cần thiết của tênlửa Đồng thời cũng cho phép đánh giá thời gian bay của tên lửa và xây dựngvùng phóng, VTD cho các tổ hợp TLPK.

Thực tế cho thấy nghiên cứu ĐHH thuần túy không thể cho ta kết luận

về sự làm việc của hệ thống điều khiển, về chuyển động thực của tên lửa đểđánh giá sai số dẫn Chỉ có nghiên cứu đồng thời động lực học tên lửa vàđộng học hệ thống dẫn mới cho phép đánh giá một cách đúng đắn Nghiêncứu động lực học tên lửa với PPD xác định trong cấu trúc đầy đủ của vòngđiều khiển (VĐK) kín tên lửa làm cho bài toán lựa chọn PPD trở thành bàitoán tổng hợp hệ thống điều khiển có tính đến các đặc tính động của các phần

tử hệ thống

IV Cơ sở lý thuyết và thực tế phục vụ nghiên cứu

1 Cơ sở lý thuyết:

a) Cơ sở xây dựng các hệ thống điều khiển từ xa TLPK [2,68,76] phục

vụ cho việc lựa chọn một cấu trúc động học điển hình của VĐK kín từ xa vớiđầy đủ hàm truyền của các khâu và phương pháp xác định các tham số trong

hệ thống Đây là cơ sở chính để kiểm chứng kết quả nghiên cứu là những luậtđiều khiển mới “CV-2D” và “CV-2DGOC”

b) Phương pháp động hình học nghiên cứu các hệ thống ĐKTL [8] phục

vụ cho nghiên cứu phân tích các PPD như “T/T”, “ПС”, “CV”, “2D” và

“2DGOC” cũng như là lựa chọn PPD để kết hợp tạo ra một PPD mới hiệu quảtheo tiêu chí cơ bản mà đề tài đặt ra

c) Động lực học và khí động học tên lửa [13,69] phục vụ cho việc xâydựng mô hình khâu tên lửa, xác định các tham số của khâu và khảo sát phântích VĐK kín với khâu tên lửa như đối tượng điều khiển Qua khảo sát, có thểnhận được những đặc trưng vận tốc, quá tải phát huy, độ trượt, là những cơ

9

sở quan trọng để đánh giá hiệu quả của PPD mới.

- Lý thuyết điều khiển tối ưu [16,48] phục vụ cho việc phân tích hệthống là VĐK kín từ xa, phân tích các PPD “2D” và “2DGOC” và lựa chọn

sử dụng thuật toán PSO trong quá trình giải bài toán kết hợp các PPD

- Lý thuyết xác suất thống kê trong điều khiển [79] phục vụ cho việc xử

lý dữ liệu trong quá trình khảo sát bằng mô phỏng để xây dựng các đặc trưngcần thiết, cũng như tính toán xác suất tiêu diệt mục tiêu

2 Cơ sở thực tế của luận án:

a) Trang bị kỹ thuật của hai tổ hợp TLPK có trong trang bị [11,12], hệthống sơ đồ chức năng, sơ đồ nguyên lý của các thành phần mà đề tài luận án

đề cập như: hệ tọa độ [17]; hệ lập lệnh [17]; TLPK có điều khiển có trongtrang bị, bộ tham số tính năng kỹ - chiến thuật đài ĐKTL Cơ sở thực tế chính

mà luận án lấy làm đối tượng quy chiếu là một hệ thống điều khiển TLPK cóthực và đã được cải tiến dạng CGCN

b) Phần mềm MatLab và những công cụ Toolbox của nó để làm thựcnghiệm mô phỏng phân đoạn và tổng thể [3]

V Mục đích, ý nghĩa và những đóng góp mới của luận án

1 Mục đích nghiên cứu:

Mục đích chính của đề tài luận án là ứng dụng lý thuyết điều khiển hiệnđại và lý thuyết điều khiển tên lửa để tổng hợp thuật toán, tổng hợp cấu trúc

bổ sung cho hệ lập lệnh đài ĐKTL

Thuật toán và cấu trúc bổ sung là hoàn toàn mới và tối ưu, có tác dụngnâng cao khả năng chiến thuật của tổ hợp là mở rộng VTD mà không cần canthiệp vào đạn TLPK có điều khiển

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Ý nghĩa khoa học của luận án là đóng góp bổ sung cho lý thuyết điều

khiển tên lửa một giải pháp nâng cao hiệu quả bằng cách cải thiện luật dẫn(luật điều khiển) Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng cho những mục đíchnghiên cứu, thiết kế cải tiến hay thiết kế mới các hệ thống điều khiển từ xaTLPK trong các viện, học viện nhà trường hay các cơ sở nghiên cứu.

Ý nghĩa thực tiễn của luận án là kết quả cuối cùng hay những kết quảtrung gian của luận án đều có tính hiện thực hóa cao, chi phí thấp nên có thể

áp dụng để làm những thử nghiệm và thực tế hóa dưới dạng thiết bị

mở rộng VTD cho tổ hợp TLPK điều khiển từ xa;

b) Đã ứng dụng thành công thuật toán tối ưu quần thể (PSO) để tổnghợp phương pháp tìm thời điểm chuyển tối ưu cho PPD kết hợp mới.Tính tối ưu và hội tụ của thời điểm chuyển giai đoạn PPD kết hợpmới đã được kiểm chứng bằng mô phỏng và thống kê;

c) Đã xây dựng được phương pháp xác định các đặc trưng giới hạn củaVTD tổ hợp TLPK trên cơ sở mô hình và cấu trúc đầy đủ của VĐK kín

từ xa cho TLPK có ứng dụng PPD kết hợp mới “CV-2DGOC”

11

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN TỪ XA TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Hệ thống điều khiển từ xa tên lửa phòng không theo lệnh vô tuyến

Đặc điểm của một hệ thống tên lửa phòng không (TLPK) điều khiển từ

xa bằng lệnh vô tuyến là lệnh điều khiển được hình thành trên cơ sở hainguồn thông tin về mục tiêu và tên lửa, xác định bởi đài điều khiển mặt đấtthông qua quan hệ động hình học tên lửa – mục tiêu (TL-MT)

Để TLPK có thể gặp và tiêu diệt mục tiêu, chuyển động của tên lửa nhấtthiết phải gắn liền với chuyển động của mục tiêu thông qua một quy luật độnghình học (ĐHH) xác định Quy luật này xác định chuyển động của tên lửa ởthời điểm bất kỳ và bảo đảm sự tiếp cận tới mục tiêu, nó thường được gọi làphương pháp dẫn (PPD) Quá trình bay của tên lửa có điều khiển bằng lệnh

vô tuyến tiếp cận tới mục tiêu theo PPD được gọi là quá trình dẫn

Theo lý thuyết [2] PPD từ xa đối với TLPK là vô hạn, tuy nhiên chỉnhững PPD có hiệu quả mới được sử dụng

Khái niệm về hệ thống điều khiển từ xa (ĐKTX) được hiểu là tập hợp các phương tiện kỹ thuật mặt đất có chức năng thu thập, xử lý thông tin về mục tiêu và tên lửa, hình thành lệnh điều khiển, truyền theo đường vô tuyến lên tên lửa trong không gian, bảo đảm cho tên lửa tạo ra lực và mômen chuyển động theo một quỹ đạo tính toán, tiếp cận tới mục tiêu, tiêu diệt mục tiêu bằng năng lượng của phần chiến đấu (PCĐ) với một xác suất cho trước

Quỹ đạo tính toán được gọi là quỹ đạo động (QĐĐ), phụ thuộc vào PPD

đã chọn Một hệ thống ĐKTX bao gồm các phần tử chức năng sau [2, 8]:

- Hệ thống xác định tọa độ mục tiêu trong không gian;

- Hệ thống xác định tọa độ của tên lửa trong không gian;

- Hệ thống tính toán tạo lệnh điều khiển tên lửa;

- Hệ thống truyền lệnh vô tuyến;

- Đối tượng điều khiển là tên lửa, gồm máy lái và hệ thống tự động ổnđịnh trên khoang;

- Mối liên hệ ngược ĐHH giữa tên lửa và đài điều khiển

Trong thực tế phương thức ĐKTX có thể kết hợp với phương thức điềukhiển tự dẫn mà trong một số tài liệu gọi là ĐKTX loại II hay là điều khiểnkết hợp [58] Việc kết hợp các phương thức điều khiển nhằm giải quyếtnhững mục đích chiến thuật cụ thể đối với từng loại tổ hợp, ví dụ như tổ hợpTLPK tầm trung, tầm xa

Trong trường hợp điều khiển các loại tên lửa tầm gần hay tầm trung,người ta thường sử dụng các hệ thống điều khiển theo lệnh vô tuyến, điềukhiển theo tia hoặc hệ thống điều khiển tự dẫn

Luận án chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống ĐKTX theo lệnh vô tuyến.Các hệ thống ĐKTX theo lệnh vô tuyến là các hệ thống, mà trong đó vịtrí của mục tiêu và tên lửa trong không gian được xác định bởi đài điều khiểndưới mặt đất, nó sẽ liên tục kiểm soát các tham số chuyển động của mục tiêu

và tên lửa Trong hệ thống này, các lệnh điều khiển tên lửa được tạo ra từthông tin sai lệch tọa độ giữa tên lửa và mục tiêu (∆ε, ∆β, ∆r) và thuật toáncủa PPD Sau khi hình thành, lệnh điều khiển được rời rạc hóa, mã hóa vàđiều chế cao tần và truyền lên tên lửa bằng đường vô tuyến Sơ đồ cấu trúccủa một hệ thống ĐKTX theo lệnh vô tuyến thể hiện trên hình 1.1

Việc xác định các tọa độ tức thời của mục tiêu và tên lửa (cự ly, gócphương vị, góc tà) được thực hiện bởi rađa đài điều khiển (ĐĐK), theo haikênh độc lập: kênh đo – bám tọa độ mục tiêu và kênh đo – bám tọa độ tên lửa

13

Hình 1.1 Cấu trúc của một hệ ĐKTX theo lệnh vô tuyến

Quan sát mục tiêu thực hiện trên cơ sở nguyên lý rađa tích cực là phátxung dò, nhận tín hiệu phản xạ từ mục tiêu Quá trình bám sát các tọa độ mụctiêu có thể thực hiện bằng tay hay tự động, hoặc kết hợp giữa tự động vớibằng tay tùy thuộc tình huống trên không

Quá trình quan sát tên lửa được thực hiện hoàn toàn tự động nhờ việcphát xung hỏi và thu tín hiệu trả lời tích cực từ tên lửa Xen kẽ với quá trìnhphát lệnh vô tuyến, ĐĐK sẽ phát tín hiệu dưới dạng xung hỏi lên tên lửa, trêntên lửa sẽ thu tín hiệu xung hỏi và phát lại tín hiệu dưới dạng xung trả lời vềđài điều khiển mặt đất Các xung hỏi và xung trả lời của kênh tên lửa đềuđược mã hóa, điều này cho phép bám sát riêng từng tên lửa ở cự ly xa và cókhả năng chống nhiễu cao

Giá trị các tọa độ của tên lửa và mục tiêu đo được trong các hệ tọa độ sẽđược đưa đến hệ thống tạo lệnh điều khiển Hệ thống này là thiết bị tính toán,làm việc trên cơ sở của máy tính tương tự hay máy tính số Như đã nêu trên,lệnh điều khiển tên lửa hình thành trên cơ sở: sai lệch tọa độ giữa mục tiêu vàtên lửa; phương pháp dẫn; phương pháp bù sai số động Lệnh điều khiển đượchình thành riêng tương ứng với mặt phẳng điều khiển, được biến đổi thành tínhiệu sau khi mã hóa và được đưa sang hệ thống phát lệnh để truyền lên tên lửatheo đường vô tuyến

Các lệnh điều khiển theo từng mặt phẳng được thu bởi thiết bị thu trêntên lửa, được lọc, khuếch đại và giải mã, rồi đưa tới thiết bị tự động lái để

điều khiển cánh lái tạo lực và mômen điều khiển Tác dụng của lệnh điềukhiển là liên tục làm trùng quỹ đạo thực của tên lửa với quỹ đạo tính toán làQĐĐ, đảm bảo cho tên lửa gặp mục tiêu.

Hệ thống ĐKTX theo lệnh vô tuyến do phần lớn thiết bị đặt dưới mặt đấtnên không đòi hỏi khối lượng lớn các thiết bị trên khoang tên lửa, do đó việcthiết kế đạn tên lửa có thuận lợi về cải thiện khả năng cơ động, khả năng độnglực bằng các giải pháp khí động và động cơ Nhược điểm cơ bản của hệ thốngĐKTX theo lệnh vô tuyến là sự gia tăng sai số dẫn khi cự ly tới mục tiêu tăng[2,8] Sự phụ thuộc của sai số dẫn vào cự ly tới điểm gặp được mô hình hóabởi biểu thức [2, 8]:

min

R K R

Trong đó: R dg – cự ly nghiêng tới điểm gặp; R min – cự ly nghiêng giới hạn

gần vùng tiêu diệt mục tiêu; σ ε , σ β – trung bình bình phương của sai số dẫntrong hai mặt phẳng điều khiển

Đối với những điểm gặp có cự ly lớn, sai số dẫn tăng đáng kể, để đảmbảo xác xuất tiêu diệt mục tiêu, người ta phải tính đến giải pháp tăng khốilượng phần chiến đấu (PCĐ) Đó cũng là nhược điểm của hệ thống ĐKTXtheo lệnh vô tuyến Cũng vì những nhược điểm trên, hệ thống ĐKTX loại Ithường áp dụng cho các tổ hợp TLPK tầm gần và tầm trung

1.2 Những đặc trưng cơ bản của vòng điều khiển kín từ

xa TLPK

Xét theo cấu trúc động học thì hệ thống ĐKTX có dạng một vòng điềukhiển (VĐK) kín với các khâu động học cơ bản Trong đó khâu lập lệnh vớiPPD đóng vai trò là bộ điều khiển (Controler) và bộ lọc định hình (ShapingFilter) cho VĐK Quy luật điều khiển sẽ xác định quỹ đạo chuyển động củatên lửa trong không gian mà ta gọi là QĐĐ Khảo sát đánh giá hiệu quả của

15

một VĐK kín từ xa TLPK theo một PPD nào đó, người ta đặc biệt quan tâmhai đặc trưng cơ bản là gia tốc pháp tuyến yêu cầu của PPD và gia tốc pháptuyến (GTPT) đáp ứng của tên lửa (tức là quá tải mà tên lửa có thể tạo rađược) trước yêu cầu của PPD Mối liên hệ giữa hai đặc trưng này về cơ bản sẽxác định giá trị sai số dẫn tên lửa tại điểm gặp mục tiêu [2,8].

1.2.1 Quá tải pháp tuyến

Để tên lửa chuyển động theo một quỹ đạo cong trong không gian cầnphải tác động lên nó một lực pháp tuyến, tạo ra GTPT làm đổi hướng vectortốc độ của tên lửa Trị số của GTPT được xác định bởi tỷ số giữa lực pháptuyến với khối lượng tên lửa [2]:

α pt

; thành phần lực đẩy P sin P.; thành phần lực trọng trường – Gcosθ;

m tl - khối lượng tên lửa; θ – góc nghiêng quỹ đạo tên lửa.

Tỷ số giữa gia tốc pháp tuyến và gia tốc trọng trường tác động lên tênlửa được gọi là quá tải pháp tuyến, tính và ký hiệu như sau:

pt pt

W

n =

GTPT cực đại mà tên lửa có thể tạo trong các điều kiện bay cụ thể bị

giới hạn bởi: quá tải cho phép (n gh) xác định ngưỡng phá vỡ kết cấu thân tên

lửa; lực cản chính diện cực đại (X max) phụ thuộc góc tấn công cực đại GTPTcực đại mà tên lửa có thể tạo được xác định bởi công thức:

tl pt_max max

thuộc vào các tham số khí động, vận tốc và độ cao bay; max - góc tấn công

cực đại

Nếu như PPD yêu cầu tên lửa tạo ra quá tải là

pt _ yc yc

W n

g



, đặc trưng chođòi hỏi tên lửa phải chuyển động trên QĐĐ do PPD xác định, nhưng trong

thực tế tên lửa tạo ra quá tải (gọi là quá tải phát huy - n ph ) lại bị hạn chế bởi:

vận tốc bay; khả năng tạo lực và mômen; điều kiện bay (mật độ không khítheo độ cao bay); mức hạn chế góc tấn công,… nên trong điều kiện nào đóquá tải phát huy của tên lửa có thể thấp hơn quá tải yêu cầu của PPD Đây lànguyên nhân chính làm tăng sai số dẫn

Để tên lửa chấp hành 100% yêu cầu tạo quá tải của PPD mà kết cấu thânkhông bị phá hủy, khi xây dựng HTĐKTL người ta quan tâm đặc biệt tớiquan hệ sau:

yc pt_yc ph pt_ph gh pt_gh

Bất đẳng thức: n (W yc pt_yc ) n (W ph pt_ph ) xác định khả năng tên lửa bám sátQĐĐ theo tính toán của PPD Bất đẳng thức: n (W ph pt_ph ) n (W gh pt_gh ) đảmbảo quá tải phát huy của tên lửa không vượt quá giới hạn là phá hủy kết cấuthân

Gia tốc pháp tuyến (hay quá tải) yêu cầu của PPD có liên quan trực tiếptới độ cong của quỹ đạo tính toán và quỹ đạo thực của tên lửa Thông qua độcong quỹ đạo có thể đánh giá được sai số của PPD và sai số dẫn của hệ thốngĐKTX ở lận cận hay tại điểm gặp TL-MT

1.2.2 Độ cong quỹ đạo

Nếu bỏ qua thành phần Gcosθ trong (1.2), độ cong quỹ đạo là đại lượng

tỷ lệ nghịch với bán kính quỹ đạo, xác định bởi biểu thức sau:

17

Như vậy theo (1.6), độ cong quỹ đạo tỷ lệ với GTPT và tỷ lệ nghịch vớibình phương tốc độ tên lửa GTPT càng lớn thì độ cong quỹ đạo càng lớn vàkhi tên lửa ở gần mục tiêu nếu độ cong quỹ đạo lớn thì sai số dẫn sẽ lớn, đó làđiều không mong muốn trong điều khiển tên lửa

Biểu thức (1.6) có thể viết dưới dạng phụ thuộc vào quá tải yêu cầu:

yc 2 tl

n g

K =

Từ (1.7) suy ra độ cong quỹ đạo cực đại cho phép K max phụ thuộc vào

quá tải pháp tuyến cho phép của tên lửa n gh:

Theo tương quan (1.5) giữa các quá tải, nếu độ cong quỹ đạo yêu cầu của

PPD lớn hơn độ cong cực đại K max thì độ cong quỹ đạo tên lửa sẽ không thể

lớn hơn K max do đó, trong quá trình tính toán QĐĐ thuật toán của PPD phảitính tới đặc điểm này

1.2.2 Gia tốc pháp tuyến yêu cầu của PPD

GTPT yêu cầu (W pt_yc) của PPD là gia tốc cần thiết để thay đổi hướng củaQĐĐ [2,8] Để xác định GTPT yêu cầu khi dẫn từ xa chúng ta xét tương quanđộng hình học TL-MT trong mặt phẳng đứng như trên hình 1.2

Trong đó: V tl , θ tl , r tl , ε k tương ứng với vận tốc, góc nghiêng quỹ đạo, cự

ly và góc ngắm động của tên lửa; W y – gia tốc pháp tuyến của tên lửa trong mặt phẳng đứng; g – gia tốc trọng trường.

Vi phân phương trình thứ nhất của hệ (1.9) ta được:

r ε + r ε =V (θ - ε )cos(θ - ε )+V sin(θ - ε )&& && & & & (1.10)

Từ (1.10) và (1.9) qua các biến đổi trung gian ta nhận được phương trìnhcủa GTPT yêu cầu trong mặt phẳng đứng như sau:

tl

V r

k = 2.V

-V cosηph ; ηph= θ - εtl k

GTPT yêu cầu trong mặt phẳng ngang khác với phương trình (1.9) ở chỗ

là không có thành phần gia tốc trọng trường g.cosηph

19

Theo [8] giữa GTPT của PPD và GTPT phát huy của tên lửa có liên hệchặt chẽ với sai số dẫn Do đó để đánh giá chất lượng, hiệu quả của VĐK kínnói chung và của từng PPD nói riêng, thay vì cho việc đánh giá sai số dẫn, ta

có thể đánh giá nó thông qua tương quan giữa W yc và W ph

1.3 Một số phương pháp dẫn tên lửa từ xa truyền thống

Trong đó: r tl (t) – hàm cự ly tên lửa theo thời gian, được tuyến tính hóa bằng

hàm R(t); g.cosθ tl – lượng bù động lực học cố định; cosηph≈1 do ηph nhỏ.

Trong trường hợp mục tiêu cơ động với phương trình chuyển động nhưsau:

Trong đó: W =W cos(ε +θ ) mt y mt mt mt - GTPT của mục tiêu trong mặt phẳng thẳng

đứng, đặc trưng cho sự cơ động; W mt – gia tốc của mục tiêu.

Từ biểu thức (1.15) suy ra rằng GTPT yêu cầu của PPD sẽ tăng khi tênlửa tiếp cận mục tiêu và ở điểm gặp sẽ đạt giá trị cực đại Nếu như đưa ra giảthiết đơn giản hóa: cosηph= 1;r=-V;V=V+V r = -V ;r=-V;V=V+V &mt mt V =V +Vtl mt , thì tại điểm gặp

(r tl = r mt ,;r=-V;V=V+V Δrr=0) GTPT yêu cầu của PPD “T/T” có dạng:

W = 2V ε +W -V tgηph+ gcosθ& & (1.16)

Phương pháp dẫn “T/T” khá đơn giản khi hiện thực hóa bằng kỹ thuật,nhưng quỹ đạo của tên lửa ở vùng gần mục tiêu có độ cong lớn do gia tốcpháp tuyến của PPD yêu cầu lớn làm tăng sai số dẫn

1.3.2 Phương pháp bắn đón nửa góc

Phương pháp bắn đón nửa góc, ký hiệu “ПС”, là phương pháp yêu cầu vịtrí trọng tâm của tên lửa luôn vượt trước một lượng nào đó so với đườngngắm ĐĐK – TL Phương pháp bắn đón nửa góc (ПС) là PPD được sử dụngphổ biến trong các tổ hợp TLPK Phương trình PPD “ПС” có dạng như [2,8]:

21

Trong đó: ,  - các góc đón tương ứng với các mặt phẳng điều khiển;

r,  & r - hiệu cự ly TL-MT (hạn chế trên) và đạo hàm (hạn chế dưới) của

nó

Theo (1.17), để hiện thực hóa được PPD “ПС”, nhất thiết ĐĐK mặt đấtphải đo được cự ly của mục tiêu và tên lửa để hình thành lượng đón góc trongcác mặt phẳng Ngoài ra ta còn thấy trong (1.17) lượng đón góc sẽ triệt tiêutại điểm gặp, khi mà  r 0

Thay phương trình đầu của hệ (1.17) vào (1.11) và thực hiện một sốphép biến đổi trung gian ta nhận được biểu thức của GTPT yêu cầu của PPD

“ПС” trong mặt phẳng đứng như sau:

2.Δrr

&

&.

Tại điểm gặp, sử dụng các giả thiết đơn giản hóa như đối với PPD “T/T”

ta nhận được biểu thức GTPT yêu cầu của PPD “ПС”:

PPD “T/T”.

Cũng từ các biểu thức (1.16) và (1.19) cho phép làm rõ vì sao mà GTPTyêu cầu tăng khi vận tốc góc quay đường ngắm mục tiêu tăng, tức là khi mụctiêu tăng vận tốc chuyển động, tốc độ thay đổi góc tà tăng Vì vậy khi điềukhiển từ xa ở những cự ly nhỏ, góc tà lớn, hay ở các vùng cự ly gần của vùngtiêu diệt (VTD) người ta chỉ sử dụng PPD “ПС” (hoặc bắn đón “K”), cònPPD “T/T” không sử dụng

1.3.3 Phương pháp dẫn đối với mục tiêu bay thấp

Trong những trường hợp bắn mục tiêu bay thấp, đặt ra một yêu cầu cầnnâng cao phần đầu quỹ đạo tên lửa trong mặt phẳng đứng để tránh tên lửachạm đất do góc phóng nhỏ và tên lửa tiếp cận mục tiêu từ phía trên ở giaiđoạn cuối, nhằm loại bỏ ảnh hưởng của phản xạ gương từ mặt đất tới sự kíchhoạt ngòi nổ vô tuyến (NNVT) Một trong những phương pháp nâng quỹ đạodựa trên cơ sở của PPD “T/T” là đưa thêm một lượng nâng quỹ đạo dạng hàm

mũ Phương trình của góc ngắm động hình học với lượng nâng [2] có dạng:

-t τ

Trong đó, các tham số ε 0 và τ cần được chọn để thỏa mãn hai yêu cầu:

- Loại trừ khả năng chạm đất của tên lửa trong giai đoạn đầu điều khiển;

- Đảm bảo sự giảm dần góc đón tới thời điểm kết thúc quá trình đưa tênlửa vào quỹ đạo động

Trong thực tế, để bắn mục tiêu bay thấp người ta còn sử dụng phươngpháp dẫn “K” với phương trình PPD như sau [2]:

Từ (1.21) ta nhận thấy rằng, phương pháp “K” chính là trường hợp riêng

của PPD “ПС”, hệ số k thực hiện việc nâng quỹ đạo tên lửa trong mặt phẳng

thẳng đứng

23

1.4 Khảo sát đánh giá các phương pháp dẫn cơ bản

Trong những năm cuối của thế kỷ XX những kết quả nghiên cứu ở nướcngoài [74,83] theo hướng tối ưu hóa quỹ đạo bay của TLPK đã có những ứngdụng tích cực, nó cho phép không chỉ nâng cao độ chính xác dẫn, mà còn mởrộng VTD mục tiêu nhờ việc kéo dài thời gian bay thụ động của tên lửa

Việc phân tích làm rõ sự hạn chế cả về độ chính xác dẫn và giới hạn xaVTD của các PPD truyền thống, như đã nêu trong mục 1.3, đối với TLPKđiều khiển từ xa trong mục này là quan trọng, bởi nó sẽ là đường dẫn tớinhững ý tưởng mới để có thể lựa chọn và tổng hợp một PPD đáp ứng cùng lúchai tiêu chí là độ chính xác dẫn cao và mở rộng VTD cho tổ hợp TLPK

Để có thể phân tích, làm rõ sự hạn chế của các PPD truyền thống (“T/T”,

“ПС”) theo hai tiêu chí nêu trên, ta tiến hành khảo sát VĐK kín từ xa TLPKtheo cấu trúc động học (hình 1.3) nêu trong [2,8] Giả thiết rằng các hệ thốngxác định tọa độ mục tiêu và tên lửa là lý tưởng Nội dung khảo sát tập trungvào hai vấn đề chính là:

- Đánh giá sai số dẫn (sai lệch thẳng) của hai PPD “T/T” và “ПС” vớinhững phương án mục tiêu cho trước;

- Đánh giá mức độ suy giảm vận tốc tên lửa trong giai đoạn bay thụ động(khi động cơ hành trình ngừng làm việc) làm cơ sở đánh giá VTD

g.cosθtltl εtl

Wt l

α δ

λ’

λ h

Hình 1.3 Cấu trúc động học VĐK kín từ xa cho mặt phẳng thẳng đứng

Do cấu trúc VĐK kín từ xa TLPK trong mặt phẳng đứng và mặt phẳngngang là hoàn toàn giống nhau, nên ta chỉ khảo sát trong mặt phẳng đứng đểđánh giá hai tiêu chí đã nêu Hàm truyền, đặc trưng và tham số của các khâutrong VĐK kín được lựa chọn theo [2,8]:

1 Hàm truyền các hệ tọa độ coi là lý tưởng K TĐMT (p) = K TĐTL (p) =1;

Đối với mục tiêu cơ động theo góc (  &mt 0), mức hạn chế trên còn được

điều chỉnh như sau:

Hình 1.4 Đặc trưng hạn chế sai lệch thẳng F(h).

KLHN(p) KTĐTL(p)

25

3 Hàm truyền hệ phát lệnh, đường truyền vô tuyến và thiết bị quan sát

vô tuyến trên khoang tên lửa được lý tưởng hóa: K (p)  1;

4 Hàm số truyền tuyến lái là khâu quán tính với hệ số truyền bằng 1:

7 Ảnh hưởng của gia tốc trọng trường: gcosθ tl;

8 Hàm cự ly tên lửa tuyến tính hóa:

4000 khi t 8.1s R(t)=

4000+800(t-8.1) khi t>8.1

ïïíï

Bảng 1.1 Tham số của tên lửa và các khâu trong VĐK kín

Khối lượng cất cánh [kg] 952,7 Hằng số th/g T1, [s] 0.1Khối lượng tầng phóng [kg] 530,4 Hằng số th/g T2, [s] 0.003Khối lượng tầng hành trình [kg] 422,3 Hằng số th/g T3, [s] 0.05Khối lượng tên lửa bay thụ động

[kg]

330 Hằng số th/g T4, [s] 0.002Tải trọng riêng trên cánh [kg/m2] 600 Hằng số th/g T5, [s] 0.001GTPT cực đại của tên lửa [m/s2] 100 Hằng số th/g TTL, [s] 0.035

Thời gian làm việc tầng phóng [s] 4 Hệ số truyền TL, Ktl 1÷1.5Thời gian làm việc tầng hành

Các phương án mục tiêu cơ động:

Phương án 3: độ cao ban đầu Hmt=5Km; cự ly ngang ban đầu: D0mt= 25Km;vận tốc Vmt1=350m/s; cơ động 1 phía vào thời điểm t=10s với quá tải nmt=5g

Phương án 4: độ cao ban đầu Hmt=5Km; cự ly ngang ban đầu: D0mt=25Km; vận tốc Vmt1=350m/s; cơ động kiểu “con rắn” vào thời điểm t=10s vớiquá tải nmt=5g, thời gian cơ động tcđ=8s

Khảo sát VĐK kín từ xa theo các đặc trưng của tên lửa trong mặt phẳngthẳng đứng: quỹ đạo tên lửa và mục tiêu; quá tải phát huy của tên lửa; vận tốctên lửa theo thời gian; tọa độ góc của tên lửa và đường ngắm TL-MT trongmặt phẳng đứng

Sử dụng các tham số trong Bảng 1.1, mô hình hóa toán học VĐK kín từ

xa theo cấu trúc Hình 1.3 với hai PPD “T/T” và “ПС” và các phương án mụctiêu bằng phần mềm MatLab, ta nhận được các kết quả tương ứng sau:

a Phương án 1 (Hmt1=5Km; D0mt1=25Km; Vmt1=200m/s):

27

Hình 1.5 Quỹ đạo TL, MT và GTPT của các PPD “T/T”, “ПС” trong mặt

phẳng đứng khi V mt1 =200m/s

Hình 1.6 Đồ thị tọa độ góc TL, MT trong mặt phẳng đứng và đồ thị vận tốc

TL theo thời gian khi V mt1 =200m/s

b Phương án 2 (Hmt1=5Km; D0mt1=25Km; Vmt2=350m/s):

Hình 1.7 Quỹ đạo TL, MT và đồ thị GTPT của các PPD “T/T”, “ПС” trong

Hình 1.9 Quỹ đạo TL, MT và đồ thị GTPT của các PPD “T/T”, “ПС” trong

mặt phẳng đứng khi mục tiêu cơ động một phía (n mt3 =5g).