基于光学塑料的激光制导武器光学系统研究

随着光学塑料成型技术的不断发展,光学塑料透镜在各类光学系统中得到了广泛的应用。光学塑料具有便于大批量生产,设计灵活性高,重量轻和耐冲击等特点。本文进一步研究了光学塑料的特性,并结合激光制导武器光学系统的特点,分析光学塑料应用的可行性。在以上分析的基础上针对特定的光学系统参数,完成基于非球面光学塑料的光学系统设计,并对系统的光斑成像质量进行了分析,满足系统的使用要求。最后,针对光学塑料对温度变化比较敏感的问题,利用LightTools软件完成对激光制导武器探测系统的建模,分析不同温度环境下系统输出的和差比幅值偏差和角度的偏差,进一步验证光学塑料为系统带来的影响,确定其在光学系统中的适用性。

制导武器效能评估试验设计方法综述与应用探讨

复杂对抗环境下的武器效能评估试验面临完备性和成本矛盾的日益突出,运用试验设计方法科学合理规划评估试验成为解决问题的必然选择。本文在回顾试验设计方法发展历程的基础上,对正交试验法、均匀试验法、拉丁超立方试验法等主要评估方法进行分析对比,并对其在制导武器效能评估中的应用现状进行综述,最后以红外空空导弹抗干扰效能评估为例进行应用探讨,为后续研究提供参考。

纯方位量测下增强可观测性的微分对策制导律

为改善导弹受到干扰或加装被动捷联导引头仅能够完成视线角度或纯方位量测情况下的导弹制导信息估计性能,提出了一种适用于纯方位量测的微分对策制导律。首先,通过对范数型微分对策制导律对策空间的分析,明确了捕获区的制导特性可以用于改进纯方位测量情况下的可观测性的设计思路。其次,在完成纯方位估计器设计的基础上,利用估计均方误差反映估计器可观测性的特性,建立了导弹控制量和可观测性之间的关系。然后在微分对策空间的捕获区域内,进行制导控制指令的选取,保证脱靶量的同时,提升估计器的可观测性能。最后给出了所提出的增强可观测性的制导律的执行流程,并考虑控制系统延迟和外部其他不确定性因素的影响,以及脱靶量控制优先的原则,对零控脱靶量参数和剩余飞行时间参数进行了设计。制导律的设计方法超出了确定性等价原理的框架,实现了滤波和制导律的集成设计。非线性仿真对比表明,采用所提出的制导律,可以获得较好的目标信息估计性能,且具有较高的单发命中概率。

航空相机稳定平台系统设计

某新型中高空航空相机系统需要能很好的隔离载机飞行过程中的角扰动、多航道步进摆动的连续拍摄,能够稳定在地理坐标系中,并且能够对飞机飞行过程中的像前移现象引起的虚像进行补偿。文章根据该航空相机的功能要求及技术指标,完成了航空相机稳定平台系统的设计、调试工作,并顺利完成试飞,满足航空相机系统的使用要求。该大负载稳定平台的研制成功,为研究开发不同航空相机系统的稳定平台提供了重要参考依据和实验数据。

激光半主动制导半实物仿真系统零位标定方法

基于漫反射屏的激光半主动制导半实物仿真系统由漫反射屏、激光目标特性模拟激光器、二自由度目标视线运动模拟反光镜、激光干扰特性模拟激光器、二自由度干扰视线运动模拟反光镜、三自由度导弹飞行姿态模拟转台、仿真计算机和仿真总控系统等组成,各分系统工程研制完成后,需要确定各分系统的安装位置和方向。本文主要总结了各分系统安装定位方法和零位标定方法,对类似系统的建设具有指导意义。

独立测距通道超低空无线电引信

针对多通道功能复用脉冲或脉冲多普勒(PD)引信测距误差较大,严重制约引信超低空性能的问题,提出基于独立测距通道的超低空无线电引信。该超低空无线电引信由目标探测通道和独立测距通道组成,其中目标探测通道采用PD体制,独立测距通道采用线性调频连续波(LFMCW)体制。仿真分析结果表明,基于独立测距通道的超低空无线电引信安全距离仅需0.7 m,在目标探测通道距离波门调整过程中引信目标探测区得到最大程度的保留,同时具备3 m高度飞行目标的近距探测能力。

双导弹拦截角度协同的微分对策制导律

为提高命中高价值目标的概率,基于线性二次型微分对策理论,对两枚导弹协同拦截单个目标的制导律进行了研究。单枚导弹在最小化自身脱靶量的同时,与另一枚导弹实现拦截角度上的协同,从而构成特定的拦截态势,以提高拦截机动目标的性能和末制导尾端对目标的可观测性。所推导的微分对策制导律考虑到了对策三方的控制系统动态,且具有解析解,形式上为零控脱靶量和零控协同拦截角误差的线性组合。基于推导结果完成了微分对策制导律的制导增益和对策空间分析,给出了鞍点解的存在条件,并进行了分析。非线性系统仿真结果表明由于导弹间存在显式的协同关系,拦截目标所需的加速度较低,且在设定的协同拦截角度收敛后,加速度会进一步减小。

多导弹攻击时间协同的滑模制导律

针对多导弹攻击时间协同的高价值或大型目标攻击问题,基于滑模控制方法,提出了一种非奇异的滑模制导律,并设计了一种适用于机动目标的导弹剩余飞行时间估计方法。通过对滑模制导律切换控制部分的合理设计,保证了系统的Lyapunov稳定性,且避免了滑模面的收敛和保持受到弹道收敛的影响总是可达的。适用于机动目标的剩余飞行时间估计方法采用虚拟目标的设计思路,将目标加速度和速度对弹目相对运动关系的影响投影到弹目视线方向上,从而实现目标的虚拟静止。针对目标固定、非机动和机动三种情况,进行了多枚导弹飞行时间协同攻击的数字仿真。仿真结果表明所估计的剩余飞行时间可以快速收敛到真值,且误差趋近于零。所设计的多导弹攻击时间协同滑模制导律在完成目标攻击的同时,实现了导弹间在攻击时间上的协同。

空空导弹双色红外成像制导关键技术分析

新型干扰技术的发展使单波段红外成像武器系统面临巨大的挑战,双色红外成像制导技术可增强导弹的抗干扰能力,是红外导弹发展的方向之一。首先分析了国外空空导弹双色红外成像制导技术发展的现状,之后对空空导弹双色红外成像导引头的关键技术进行了分析,针对实现双色成像的方式和双色信息利用等问题,着重分析了双色波段选择、双色探测器和成像预处理、双色共口径光学系统及双色图像抗干扰等技术的实现途径,最后提出了深化研究的措施和建议。

红外成像制导半实物仿真目标图像生成技术

为实现半实物仿真中红外成像目标的模拟,依托红外动态景象模拟器,进行了成像目标的建模与仿真研究。基于当前主流战机及其红外干扰弹的调研数据,,建立了典型目标的三维模型和辐射模型,根据目标飞行数据求解干扰运动轨迹,生成图像序列以驱动成像系统完成成像目标的仿真。经工程应用证明,该仿真模型逼真可靠,提高了红外成像制导控制系统研究的验证水平。

有界双重控制导弹微分对策制导律

针对有界控制导弹采用鸭舵或尾舵单一控制形式存在的劣势,基于双边优化微分对策理论,推导了一种有界双重控制导弹微分对策制导律。该制导律不仅将鸭舵与尾舵两组舵面的控制有效融合在一起,而且实现了有界控制命令最优的分配设计。分析了该微分对策制导律的对策空间,并从弹目机动性能比和控制系统时间常数比之间的关系,给出了鞍点解的存在条件。考虑非完全信息情形,完成了目标加速度滤波器和拦截性能衡量指标的设计。采用Monte Carlo法进行了制导性能的仿真验证,结果表明:所设计的有界双重控制导弹制导律与采用单一的鸭舵控制或尾舵控制的导弹相比不仅机动性要求较低,且具有较高的命中概率。

多任务空地武器多目标协同优化任务规划算法研究

在复杂的战场作战环境中可能存在多个动态威胁,如何快速规划出最优航路是攻击任务顺利执行的关键。本文提出一种在文化算法框架下稀疏A*算法与遗传算法(Genetic Algorithm,GA)相结合的动态航路规划算法,用于多任务空地武器多目标协同任务优化中。算法基于文化算法思想框架,首先利用稀疏A*算法快速获取初始航路及航路点信息,并将获取到的信息作为知识送入信仰空间存储,指导遗传算法对种群空间个体在有效范围内优选可行航路点,从而实现最优化目标任务分配及航路获取。仿真结果表明,算法能够有效避开威胁,减少遗传算法规划整体航路的飞行距离,完成多任务空地武器多目标协同任务规划。

红外成像制导技术在反隐身空空导弹上的应用展望

现代隐身飞机对雷达型空空导弹构成巨大挑战,而红外成像制导技术在体制上具有良好的反隐身能力。本文介绍了国内外空空导弹红外成像制导技术研究发展现状,分析了红外成像导引头技术在未来反隐身超视距空空导弹上的应用前景,提出了一种反隐身红外成像导引头的技术方案。该导引头采用了中/长波双色成像探测技术,能够满足发射后截获条件下探测隐身目标和抗红外诱饵干扰的要求。分析研究表明红外双色成像导引头技术对于提高国内超视距空空导弹的反隐身性能具有重大意义。

带有攻击角约束的大机动目标协同攻击制导律

针对三维空间内多枚空空导弹协同攻击高速大机动目标末制导问题,提出了一种分布式有限时间协同制导律设计方法。视线方向加速度根据有限时间一致性理论设计了基于积分滑模面的自适应制导律,保证了在末制导过程所有导弹能够同时达到目标;视线纵向和视线侧向的加速度均采用基于快速终端滑模面的制导律,同时对末端攻击角进行约束,使得末端攻击角能够在有限时间达到期望值。仿真算例验证了所提出的制导律能够实现对机动目标的协同攻击。

有界控制导弹攻击防御性飞机的制导律

为提高攻击导弹同时面对目标飞机及其防御导弹情况下的命中概率,基于微分对策理论,对攻击导弹的制导律进行了设计。应对独立控制的多对象博弈问题,微分对策理论具有天然的优势,且相比于最优制导律,微分对策制导律对于目标机动估计误差和机动策略具有更强的鲁棒性。所推导的微分对策制导律进一步考虑了攻击导弹的控制有界性,且适用于攻击导弹、目标飞机和防御导弹具有高阶线性控制系统动态的情形。为验证制导律性能,进行了非线性系统仿真,结果表明该制导律在成功归避防御导弹的同时可实现趋于零脱靶量的目标拦截。攻击导弹为实现规避和攻击的双重任务,仅需要保持相比于防御导弹两倍左右的机动优势。

基于红外成像制导的末端瞄准点选择技术

针对美国网络中心机载防御单元(NCADE)的技术特点,提出了一种基于稀疏像素矢量化的红外成像制导末端瞄准点自适应选择算法。从分析助推段/上升段弹道导弹的结构和红外特征入手,将基于灰度直方图的全局迭代阈值法做以推广,提出了基于变换区域的全局迭代双阈值分割,有效地分离了尾焰和蒙皮部分;稀疏像素法的应用可完成对尾焰的快速矢量化,并能根据尾焰和蒙皮成像面积的差异,自动地采取基于蒙皮或基于稀疏像素法的两种途径进行瞄准点选择;单帧初步选择的瞄准点经过方向、距离的多帧判别一致后,最终确定瞄准点。仿真实验证明,文中算法无需人工参与,且中轴线的确定无需遍历所有的目标像素,实现了全过程快速、自适应的瞄准点选择。

一种多弹协同制导策略

在角度约束最优导引律分析的基础上,设计了一种多弹协同制导律,将其应用到对空运动目标攻击过程中,分析了导弹剩余飞行时间估计方法和领弹与从弹选择策略,通过仿真,验证了对运动目标协同攻击的可行性。

基于快速非奇异终端滑模的多弹协同制导律设计

针对空空导弹协同攻击高速大机动目标问题,提出了一种带有期望攻击角约束的多弹协同制导律。首先,在纵向平面内建立弹-目几何关系,建立含有攻击角约束的导弹视线方向和视线法向方向的多弹协同制导模型;其次,针对视线方向制导模型,基于代数图论和有限时间一致性理论设计了视线方向上的协同制导律,保证3枚导弹能够实现对目标的协同攻击,并利用现有观测器对目标的机动能力进行估计;再次,基于快速非奇异终端滑模控制理论设计了视线法向方向上的制导律,保证3枚导弹均能够精确命中目标,同时保证弹-目的视线角收敛到期望的终端视线角,视线角速率收敛到0;最后,仿真验证了所设计制导律的有效性。

基于零效脱靶量的制导估计一体化方法

为提高反临近空间高超声速目标的拦截精度,提出一种基于零效脱靶量的制导估计一体化设计方法,通过对目标拦截的制导估计问题分析,建立制导估计一体化设计的系统模型,并对具有目标机动补偿的零效脱靶量制导律进行设计。在目标状态信息可量测的条件下,零效脱靶量制导律与比例导引法相比,其制导性能略高;在目标状态信息不可量测的条件下,基于零效脱靶量的制导估计一体化设计方法对目标加速度的估计误差更小,制导精度也更高。利用该方法可以较好地跟踪目标机动,减小估计延迟对制导精度的影响,具有较高的制导精度和较强的鲁棒性。

导弹制导控制系统快速原型设计技术

快速原型设计技术自诞生以来在产品工程设计领域得到广泛的应用和发展。针对导弹制导控制系统研制需求,在工程研制过程中引入快速原型的设计概念,提出基于RT_LAB实时仿真器和基于制导控制系统集成设计平台(IDS)的两种快速原型设计实现技术方案。在导弹制导控制系统实际工程研制中,可综合利用所论述的两种技术方案,以达到设计可靠的制导控制系统、适应控制对象的多样化需求、缩短项目开发周期、降低产品开发费用等目的。