Phương pháp giải bài toán xác định tọa độ góc mục tiêu tại thời điểm kích hoạt phần chiến đấu định hướng của tên lửa phòng không

Bài viết nghiên cứu về phương pháp ngoại suy quỹ đạo mục tiêu cho đối tượng là tên lửa phòng không tự dẫn giai đoạn cuối, hoạt động trong vùng mù của đầu tự dẫn. Mục tiêu được giả thiết cơ động ở các dạng khác nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp giải bài toán xác định tọa độ góc mục tiêu tại thời điểm kích hoạt phần chiến đấu định hướng của tên lửa phòng không Nghiên cứu khoa học công nghệ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC MỤC TIÊU TẠI THỜI ĐIỂM KÍCH HOẠT PHẦN CHIẾN ĐẤU ĐỊNH HƯỚNG CỦA TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG Phạm Ngọc Văn*, Vũ Hỏa Tiễn, Cao Hữu Tình, Đỗ Văn Phán Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu về phương pháp ngoại suy quỹ đạo mục tiêu cho đối tượng là tên lửa phòng không tự dẫn giai đoạn cuối, hoạt động trong vùng mù của đầu tự dẫn. Mục tiêu được giả thiết cơ động ở các dạng khác nhau. Trước “vùng mù”, dữ liệu về mục tiêu do đầu tự dẫn cung cấp cho phép tổng hợp được quy luật chuyển động của nó. Tuy nhiên trong “vùng mù” không còn thông tin đo, do đó quỹ đạo của mục tiêu so với tên lửa cần phải ngoại suy để có dữ liệu kích hoạt đầu đạn định hướng. Bài báo sử dụng thuật toán hồi quy đa thức n bậc làm công cụ ngoại suy. Các kết quả tính toán và khảo sát tọa độ của mục tiêu từ thời điểm đầu tự dẫn ngừng làm việc cho đến điểm gặp sẽ được xác định trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc tên lửa. Kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng cho bài toán điều khiển phần chiến đấu định hướng làm việc một cách hiệu quả, đảm bảo xác suất tiêu diệt mục tiêu là lớn nhất. Từ khóa: Ngoại suy quỹ đạo mục tiêu; Tên lửa tự dẫn giai đoạn cuối; Ngòi nổ định hướng; Thuật toán hồi quy đa thức. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong điều kiện chiến tranh hiện đại, tên lửa phòng không (TLPK) phải đối mặt với các loại mục tiêu tấn công đường không đa dạng, có tốc độ lớn, khả năng cơ động cao. Để đảm bảo xác suất tiêu diệt mục tiêu cao, ngoài hệ thống điều khiển dẫn tên lửa, thì phần chiến đấu (PCĐ), gồm ngòi nổ vô tuyến (NNVT) và đầu đạn cần được kích hoạt đúng thời điểm. Đối với PCĐ định hướng, khác với loại đẳng hướng, có nhiệm vụ là xác định chính xác thời điểm và vị trí góc tương đối của mục tiêu để kích nổ đầu đạn. Tuy nhiên, do NNVT thường hoạt động trong điều kiện khi tên lửa không còn được điều khiển, tức là khi đầu tự dẫn (ĐTD) đã ngừng làm việc trong “vùng mù”, trong khoảng thời gian từ 0,3 đến 1,0 giây. Chính vì vậy, do không có thông tin đo tọa độ mục tiêu nên việc xác định vị trí điểm gặp cho PCĐ định hướng là không thể, đặc biệt là đối với các mục tiêu đang cơ động trước “vùng mù”. Đối với PCĐ đẳng hướng [2, 7], bài toán xác định vị trí góc tương đối mục tiêu – tên lửa không đặt ra, NNVT chỉ có nhiệm vụ xác định cự ly tương đối của mục tiêu phù hợp với điều kiện phối hợp vùng văng mảnh để chọn thời điểm kích nổ đầu đạn. Theo [4], nếu TLPK sử dụng PCĐ định hướng thì xác suất tiêu diệt mục tiêu tăng lên đáng kể, tuy nhiên lại cần xác định chính xác tọa độ góc tương đối của mục tiêu so với tên lửa để lựa chọn thời điểm kích nổ và định hướng vùng mảnh sát thương, đảm bảo hiệu quả tiêu diệt mục tiêu lớn nhất. Trong điều kiện thiếu thông tin tức thời, chỉ có thông tin tiên nghiệm, bài toán xác định tọa độ góc tương đối của mục tiêu so với tên lửa chỉ có thể giải bằng phương pháp ngoại suy, trong [6, 8] một số tác giả đã dựa trên phép ngoại suy tuyến tính lý tưởng để ngoại suy quỹ đạo MT. Tuy nhiên, phương pháp này có mặt hạn chế là thiếu chính xác trong những trường hợp mục tiêu đang cơ động trước thời điểm ngoại suy. Trong bài báo này, tác giả đề xuất sử dụng thuật toán tính hồi quy đối với bộ dữ liệu đo quỹ đạo mục tiêu trước “vùng mù” của ĐTD để tìm quy luật chuyển động của mục tiêu, sử dụng nó để ngoại suy quỹ đạo mục tiêu trong “vùng mù”. Khác với ngoại suy tuyến tính, phương pháp hồi quy cho phép xác định quy luật cơ động của mục tiêu kể cả sau khi mất Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020 3  Tên lửa & Thiết bị bay thông tin đo tọa độ trong thời gian ngắn (một vài giây) với độ chính xác chấp nhận được. Với những giả thiết là TLPK tự dẫn giai đoạn cuối với PCĐ định hướng; mục tiêu cơ động với một số dạng điển hình (thẳng đều, cơ động một phía và cơ động kiểu con rắn), nhiệm vụ nghiên cứu là: - Xác định tọa độ tương đối của mục tiêu so với tên lửa (tọa độ x, y, z trong hệ tọa độ cố định không xoay OXqYqZq) trong giai đoạn tự dẫn (trước “vùng mù”) với các dạng cơ động đã nêu; - Sử dụng thuật toán hồi quy, lựa chọn mô hình hồi quy tương thích với các tọa độ x, y, z có tính tới sự cơ động của mục tiêu để ngoại suy quỹ đạo mục tiêu; - Xác định tọa độ góc của mục tiêu trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc tên lửa theo hệ tọa độ liên kết, để xác định sector định hướng cho PCĐ. 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1. Xác định tọa độ tương đối mục tiêu - tên lửa trong giai đoạn tự dẫn Để đơn giản hóa mô hình động hình học mục tiêu – tên lửa (MT-TL), ta giả sử là TL được dẫn bằng phương pháp tiếp cận tỷ lệ, thành phần gia tốc dọc trục tên lửa trùng với vector vận tốc tên lửa còn mục tiêu coi là chất điểm. Chuyển động tương đối của mục tiêu so với tên lửa trong không gian được xét trong hệ tọa độ quán tính (OXqYqZq) tương đối với hệ tọa độ đất cố định (OXgYgZg) (hình 1), trong đó: xTL ,yTL ,zTL là tọa độ của TL trong hệ tọa độ đất; xMT ,yMT ,zMT là tọa độ của MT trong hệ tọa độ đất;  D là góc nghiêng quỹ đạo MT trong mặt phẳng đứng và mặt phẳng ngang hệ tọa ; N độ quán tính; W D ; W N là gia tốc pháp tuyến của MT trong mặt phẳng đứng và mặt phẳng nằm ngang; VD ,VN là vector thành phần vận tốc của MT tương ứng trong mặt phẳng đứng và ngang; Vx ;Vy ;Vz là hình chiếu vector tốc độ MT lên các trục tương ứng của hệ tọa độ OXqYqZq. Hình 1. Các đặc trưng chuyển động của MT (hoặc TL) trong hệ quy chiếu. a. Mô hình chuyển động của TL [2] 4 P. N. Văn, …, Đ. V. Phán, “Phương pháp giải bài toán xác định … t ...