基于RBF神经网络与SLAM的全捷联导引头定位研究

针对全捷联导引头探测器和IMU传递函数的需要进行相位匹配的问题,利用在线学习的RBF神经网络进行相位匹配算法设计,利用Z变换进行离散化处理;针对全捷联单模和多模导引头的相位匹配算法进行了设计与分析,并通过Matlab/Simulink联合仿真实验验证了算法的效果。同时,结合SLAM系统进行同时定位矫正,提升导弹的定位精度与全捷联导引头的导引准确度。

全捷联导引头隔离度对制导稳定性的影响

针对采用全捷联导引头的末制导问题,分析了产生隔离度的主要原因,建立了包含寄生回路的比例导引系统模型,基于时变系统的Lyapunov稳定性理论提出了制导系统的一致渐进稳定性,并利用无源性方法分析了制导系统的一致渐进稳定条件,研究了隔离度对比例导引制导稳定性的影响。结果表明,制导系统的一致渐进稳定条件比寄生回路更加严格,而不完全解耦后残余的隔离度具有不确定性,其正反馈更易导致比例导引系统提前失稳并造成较大脱靶量。

全捷联导引头寄生回路影响与辨识校正

为研究隔离度寄生回路对全捷联导引头的影响,建立了全捷联制导模型,基于此模型通过无量纲变换获得了无量纲动力学模型,采用劳斯判据和系数冻结法研究了剩余飞行时间、制导参数、刻度尺偏差对制导稳定性的影响,利用伴随函数法研究了刻度尺偏差对脱靶量的影响。基于辨识理论提出了全捷联导引头刻度尺偏差的辨识方法。研究表明,刻度尺偏差会恶化全捷联制导系统稳定性,增加需用末导时间,利用辨识方法可准确辨识出导引头刻度尺偏差予以补偿。研究结论可为全捷联制导设计提供参考和帮助。

改进粒子滤波的全捷联导引头制导信息估计

针对全捷联导引头无法直接提取视线角速度等制导信息问题,研究了基于改进粒子滤波在制导信息估计中的应用。首先利用坐标变换关系推导了视线角速度解耦公式,并根据弹目相对运动关系建立了系统的状态方程和观测方程;然后考虑到系统测量噪声非高斯以及状态方程和观测方程非线性的特点,提出了基于分层采样的改进粒子滤波视线角速度估计方法;最后,建立了视线角速度估计的半实物仿真实验。结果表明:基于改进粒子滤波算法估计的视线角和角速率优于扩展卡尔曼滤波算法和标准粒子滤波方法,可为新型滑翔制导炸弹的研制提供一定的参考。

全捷联导引头视线角速度STCKF提取技术

传统的平台导引头可以通过物理跟踪回路直接提取导弹制导所需的视线角速度信息,采用全捷联结构后,导引头失去了直接测量视线角速度的能力,视线角速度需要通过数字计算的方法来提取。针对全捷联导引头精确制导技术工程应用中的问题,首先给出了视线角速度提取方案,推导得到视线角速度估计模型,鉴于估计模型的强非线性,采用强跟踪容积卡尔曼滤波算法对视线角速度进行估计。结合小型空面导弹的典型使用条件,通过弹道仿真对视线角速度估计算法的有效性进行了验证。仿真试验表明:导引头在末制导段捕获目标后,能迅速消除滤波初始误差,准确跟踪真实的弹目视线角和视线角速度变化。为验证将滤波输出作为制导信息的可行性,考虑激光半主动全捷联导引头的典型干扰,用蒙特卡洛打靶方法对导弹制导精度进行了考核,1 000次打靶结果显示,对静止目标的制导精度为0.58 m(CEP),对运动目标的制导精度为0.84 m(CEP),满足精确制导武器的制导精度要求。

全捷联导引头视线角速率估计方法

针对全捷联导引头只能测得相对于弹体的视线角而不能测得制导系统需要的视线角速率信息的问题,提出了一种基于中央差分卡尔曼滤波(CDKF)的视线角速率估计方法。上述方法充分利用了惯导系统角速率陀螺的信息,简化了系统噪声模型。通过研究相关坐标系的转换关系,引入解耦矩阵,建立了视线角速率估计模型。避免了引入不可测的相对距离和相对速度信息,以某航空制导炸弹为例进行了视线角速率估计,蒙特卡洛仿真结果表明,上述方法能够有效的提取视线角速率,与传统的EKF方法相比能够提供更精确的估计值,为全捷联导引头视线角速率估计提供了一种新的方法。

全捷联导引头隔离度指标工程计算方法

为计算工程化的隔离度幅值指标,建立了引入末制导回路的隔离度寄生回路模型,得出了基于不同末制导剩余时间下的隔离度临界幅值。针对6种常用误差模型下隔离度正反馈幅值的影响,提出了一种引入制导回路的末制导剩余时间值的计算方法。将目标常值机动、初始速度矢量角误差、目标随机机动、目标角闪烁噪声、褪色噪声以及接收机噪声分为3类,得出了关于相对速度比、隔离度幅值与无量纲脱靶量的变化曲线,利用脱靶量取值时间、裕度限制、脱靶量变化趋势以及实际脱靶量等方法综合判断隔离度幅值指标,并根据该指标估算出在映射隔离度指标时,需要引入制导回路的末制导剩余时间值,为工程应用提供了参考。

全捷联导引头寄生回路稳定裕度分析及校正网络设计

从工程应用角度分析了捷联导引头引起的寄生回路的数学模型。在频域内分析了由刻度尺误差、动力学延时对寄生回路稳定性的影响,根据幅值裕度和相角裕度计算出刻度尺误差和动力学延时允许的变化范围,在时域内对稳定边界进行了验证,证明了边界条件即为临界稳定状态。考虑寄生回路的影响提出了有效导航比的概念,分析了刻度尺误差对有效导航比的影响。对寄生回路提出了超前校正网络+增益控制,对寄生回路的幅值和相角裕度进行了设计,满足稳定性指标要求,补偿了刻度尺误差对有效导航比的影响,经仿真分析验证采用超前校正网络+增益控制,能够满足稳定裕度和比例导引控制有效导航比的要求,为工程研制提供理论参考。

全捷联光学导引头视线角速率提取研究

随着全球军事的飞速发展,导弹在现代战争中的地位愈发重要。对导弹实现精确制导已成为当前急需解决的问题,光学导引头是实现精确制导的关键设备。传统的框架式光学导引头由于存在体积大、成本高、结构复杂等诸多缺点,便有了全捷联光学导引头的出现。全捷联光学导引头虽然能够有效解决上述问题,但其探测器与弹体固联,存在噪声较大、姿态耦合、相位匹配等问题,因此它对滤波/估计算法要求较高。对全捷联光学导引头的原理、组成应用背景进行了介绍分析、梳理和总结,对自适应无迹卡尔曼滤波器和无迹卡尔曼滤波器的估计效果进行了仿真,通过对比发现,自适应无迹卡尔曼滤波器精度更高。最后,对该领域未来的发展作出展望。

全捷联图像导引头制导的技术特点

分析了平台式导引头的技术特点与要求,对捷联式导引头视线角提取方法、刻度因数及精度测试方法、制导系统结构等进行了研究。首先,建立了全捷联光学导引头的数学模型,提出了视线角提取方法;接着,分析了全捷联导引头刻度因数的特性及其测试方法,并利用稳态卡尔曼滤波器对体视线角进行滤波;最后,利用"姿态+过载"驾驶仪,结合"近似积分比例导引"进行全捷联导引头的制导与控制系统仿真实验。测试与仿真实验显示:全捷联导引头视场角大于0.289°时的刻度因数误差小于7%,符合刻度因数理论计算结果;0.0056°的分辨率小于一个周期内的体视线角平均变化量0.011°,满足采样更新的要求,可实现末制导1m的打击精度。实验结果表明大面阵和高分辨率是全捷联图像导引头制导应用的重要手段。

全捷联图像导引头视线角速率精度分析

为分析全捷联图像导引头视线角速率精度影响因素,提出了视线角速率精度分析算法。首先,提出了视线角速率解耦算法;其次,根据误差理论详细分析了视线角速率各误差源的误差灵敏度并提出了精度计算方法;再次,分析了体视线角、弹体角速率、姿态角与体视线角速率等误差形成机理与精度影响;最后,建立了半物理仿真实验系统进行算法验证,结果表明,视线高低角速率与方位角速率的估算精度分别为0.273°/s与0.235°/s,实验结果分别为0.281°/s与0.242°/s,相对误差分别为2.85%与2.89%,验证了视线角速率精度估计算法的正确性与精确性。研究结果可以用于全捷联图像制导控制系统总体设计过程,并为视线角速率精度估计与指标分配提供理论依据。

全捷联光电导引头的高动态解耦方法

研究了由全捷联光电导引头和MEMS惯性测量组合进行制导的微小型导弹比例导引实现方法;提出一种采用数学解耦算法,并利用最小二乘拟合提取视线角速度的方法。数值仿真表明,该方法在抑制测量噪声、抗弹体姿态扰动等方面具有良好的性能。与常规的虚拟跟踪回路解耦相比,该方法具有更高的视线角速度输出精度。

全捷联对地攻击制导武器导引头隔离度对制导系统性能的影响

针对全捷联图像导引头隔离度问题,分别推导了由探测器和角速率陀螺之间的刻度尺系数误差及动力学偏差引起的隔离度传递函数;采用系数冻结法及劳斯判据分析了含有隔离度寄生回路的制导系统稳定区域,给出了不同无量纲末导时间下制导系统稳定时刻度尺误差和动力学偏差的取值范围;利用伴随函数法研究了隔离度对制导精度的影响。以上研究结果可以为全捷联制导武器制导控制系统参数设计提供参考,对于隔离度正反馈的情况应予以更多关注。

全捷联图像导引头隔离度辨识及其抑制技术应用

针对全捷联图像导引头中传感器刻度尺误差与动力学偏差引起的隔离度问题,阐述了隔离度寄生回路产生的机理,并提出在线辨识探测器及角速率陀螺刻度尺系数与补偿导引头动力学延迟的隔离度抑制方案。建立导引头"数字平台"的等效模型,基于无迹卡尔曼滤波算法(UKF),对传感器刻度尺系数以及真实弹目视线角速率进行辨识;运用匹配滤波器补偿导引头探测器动力学滞后。最后进行数学仿真,从稳定弹体飞行姿态与提升制导精度两个方面,对各方案的可行性进行了论证。结果表明:UKF滤波算法与匹配滤波器可以有效地对隔离度进行抑制并提升制导系统性能。

捷联导引头积分比例导引制导精度

积分比例导引制导是适用于全捷联半主动激光导引头的一种典型制导方案。为解决该制导方案下的命中精度分析问题,提出了一种基于伴随法的精度分析方法。首先,建立了积分比例导引制导律模型,并给出了一种具有较强工程实用性的积分比例导引制导律实现方法;其次,在分析制导回路各项误差源特性的基础上,利用伴随法得到了各误差源对脱靶量的影响。分析结果表明,制导精度与比例导引导航比、自动驾驶仪的动态特性密切相关。得到的结论可以为工程上利用全捷联半主动激光导引头进行制导提供重要参考。

基于无迹卡尔曼的全捷联旋转弹导引信息估计

以旋转弹的全捷联导引头为研究对象,重点研究了旋转弹的全捷联导引头视线角及视线角速率估计方法。全捷联导引头的结构和传统速率陀螺导引头有较大差别,其测量系统与弹体固联,导引头只能获得弹体坐标系下的测量信息,并且测量信息中耦合有弹体姿态信息,无法直接用于旋转弹的控制制导。根据坐标系之间的转换关系建立了旋转弹惯性视线角的数学模型和视线角解耦模型,从而进一步确立旋转弹惯性视线角估计的数学模型。选用无迹卡尔曼滤波方法(UKF),设计出卡尔曼滤波器,对估计到的含有噪声信息的视线角进行滤波;最后进行数学仿真,验证了视线角估计数学模型的有效性,与扩展卡尔曼滤波方法(EKF)和容积卡尔曼滤波方法(CKF)相比,UKF对于全捷联旋转弹的导引信息估计有更高的精度。

多约束条件下全捷联制导空地导弹弹道方案研究

针对全捷联空地导弹视场小、过载能力有限,对攻击目标具有一定角度约束的问题,提出了一种分段制导方案。该方案将攻击弹道分为滑翔段、落角约束段、截获调整段、末制导段和盲区段。滑翔段增加射程,落角约束段提前实现终端落角可控,截获调整段调整弹体姿态,使目标进入导引头视场区域内,为导引头截获目标创造条件,末制导段采用比例导引、姿态追踪的复合制导策略,以同时满足视场约束和精确打击要求。仿真结果表明,采用该弹道分段规划方案可以解决多约束下全捷联空地导弹攻击地面时敏目标的工程化应用问题。

全捷联被动雷达末制导系统设计

为解决全捷联被动雷达导引头大测量误差下的精确制导问题,从实际工程应用角度出发,对全捷联被动雷达末制导系统进行了研究。首先,建立了全捷联被动雷达导引头模型。其次,针对系统非线性、滤波稳定性、计算量及制导与姿态控制的耦合问题,提出了基于容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)的制导信息提取、滑模变结构制导、三回路过载驾驶仪等算法相结合的末制导系统方案。最后,结合反辐射导弹应用场景,建立全系统仿真模型进行方案验证。结果表明,所设计的末制导系统对静止目标的打击精度为2 m,对于15 m/s以内的慢速移动目标,也具有较好的适应能力,落点圆概率误差(circular error probability,CEP)可以达到10 m左右。

天线罩和导引头隔离度对制导系统影响研究

针对相控阵雷达导引头的隔离度寄生回路问题,分析了天线罩和导引头隔离度产生的原因,建立了考虑天线罩和导引头隔离度的制导系统动力学模型,基于线性时不变系统稳定性判据和无量纲化法研究了天线罩和导引头隔离度共同作用对制导系统稳定工作域的影响。利用无量纲伴随函数法研究了天线罩误差斜率和导引头隔离度不同叠加情况对脱靶量收敛的影响。研究表明,单一研究天线罩或导引头隔离度所得结论对导弹制导系统设计缺乏实际指导意义,制导系统稳定工作区域受到天线罩和导引头隔离度共同作用的影响,二者的叠加情况不同,对制导系统的稳定工作区域和脱靶量收敛的影响不同。正反馈叠加将严重影响脱靶量收敛和制导系统稳定性,应尽量避免。

末制导弹药导引头目标截获概率仿真分析研究

针对全捷联激光末制导弹药导引头视场角范围小的问题,利用计算机仿真方法对末制导弹药目标距离截获及角度概率进行研究。根据导引头视线角成像原理及坐标转换关系建立导引头视线角模型,综合考虑导引头距离截获概率、角度截获概率以及舵机修正能力提出目标截获概率分析方法,得到导引头最佳开机时刻,利用蒙特卡罗方法进行模拟打靶实验。实验结果表明:末制导弹药目标截获概率达到99.87%,视线角变化范围随射角增大而减小,受射角扰动因素影响最大。