光学成像导引头半捷联稳定

对半捷联式成像导引头在空地导弹中的应用特性进行了研究,对比了半捷联式导引头与陀螺稳定平台式导引头。在此基础上分析了稳定误差的来源,并确定了主要误差源。对于可抑制的误差源提出匹配滤波的抑制方法,并建立模型进行仿真分析。以非捷联稳定平台为基础,加入基座陀螺进行扰动仿真,应用匹配滤波的方法对实验数据进行合成对比,结果表明:匹配滤波方法可以很好地改善半捷联稳定合成效果,为下一步捷联稳定的实现解决了主要问题。

飞行器制导控制半实物系统采样步长的优化设计

为了提高飞行器制导控制系统半实物仿真的仿真精度,提出通过合理选择采样步长,优化仿真实时性来协调系统计算能力与仿真精度之间关系的思想。建立了制导控制半实物仿真系统的模型,依据采样控制原理推论出约束半实物仿真采样步长的主要条件。依据优化原则,建立了满足数值计算精度及稳定性的约束条件,推导出优化的采样步长。最后,对制导控制系统进行半实物仿真。系统软件采用C语言编写了飞行器的六自由度运动方程,硬件为三轴转台系统和Vxworks操作系统的嵌入式仿真机,并在转台内框加入陀螺实现稳定控制。结果表明,在优化设计的采样步长1 ms下,系统的实时性能够满足制导控制仿真精度及稳定性要求。在不增加系统软硬件负担的情况下,提升了半实物系统的置信度。

误差功率谱系数加权法在半捷联制导信息提取中的应用

为了解决半捷联成像导引头视线角速率直接提取噪声大的问题,首先分析了半捷联导引头视线角速率随机噪声的来源,建立半捷联稳定跟踪控制回路的模型,推导出各种误差与输出之间的传递特性。在主要的随机误差源统计分析的基础上,得出主要噪声的功率谱响应,依据功率谱响应对半捷联视线角速率各构成部分进行加权得出加权视线角速率。为了验证加权视线角速率的有效性,在制导回路中进行分析仿真,结果表明:加权方法能够有效抑制导引头测量信息的噪声。以半实物的方式实现半捷联电视导引头,在电视导引头完成双闭环后进行扰动隔离及跟踪靶标,将加权视线角速率提取方法提取制导信息与直接提取方法进行比较,实验结果表明,加权提取方法的视线角速率噪声均方差为0.098(°)/s,比直接合成噪声降低了46%。综上所述,加权方法可以很好地改善半捷联视线角速率噪声大的问题。

稳定平台轴系精度对视轴指向误差的影响分析

为提高双框架稳定跟踪平台的控制精度,需要对机械误差造成的视线角误差进行严格的控制,要求设计轴系在现有加工水平和轴承精度水平的基础上保证高的回转精度。轴承孔的同轴度、轴承跳动、结构挠度等是影响轴系回转精度的主要因素,文中对这些因素造成的轴系回转误差进行了分析与综合,并针对某样机进行定量的分析,得到了轴系的运动误差,计算了由此造成的视轴指向误差。通过分析计算,轴系误差造成的视轴指向误差满足设计指标的要求,从而验证了结构设计的可行性和合理性。

捷联式光学导引头的稳定、跟踪原理与系统仿真

为研究捷联式光学导引头在系统中的应用,建立了该类导引头的数学模型。应用力学与空间飞行原理,针对捷联式俯仰、方位双框架光学导引头特点,研究其稳定和跟踪工作原理。进行了空间视线的坐标描述与变换,建立了载体扰动下导引头光轴稳定条件和导航解算算法。在此基础上,根据气动弹性振动一阶振型,并结合导引头模型进行系统飞行仿真分析。结果表明:采用远程稳定捷联式导引头方案,在有、无气动弹性干扰下的视线角偏差分别为0.5°和0.005°,气动弹性的干扰使跟踪图像出现了抖动,导引头易丢失目标而无法实现跟踪功能;在一定视场条件下,通过对视线角速率的提取与低通滤波处理,有、无气动弹性干扰下输出的制导信号波动基本相同,末制导CEP约为1 m。模型全面体现了捷联式导引头的稳定、跟踪原理以及噪声和干扰对其工作过程的影响。

可应用于空地导弹惯导修正的多点匹配图像导航算法

防区外发射空地导弹的中制导通常使用GPS辅助的惯性制导,甚至还使用地形匹配,从而在不使用GPS的情况下,也能在较远距离内具有较高的导航精度,但是地形匹配导航方式在平原和城市地区无法使用。提出并研究了一种基于图像的导航算法。公路交叉路口或其他特殊的建筑物可以作为地标点,其特征被转化成二维的,当空地导弹成像导引头拍摄的图像与已知地标的若干个匹配点通过自动目标匹配方式成功匹配后,可根据算法提取出导弹的位置和姿态信息。仿真结果表明,该算法具有较高的位置修正精度,可以用于修正中远程空地导弹的惯性制导。该算法也可用于无人机的自主导航。

非制冷红外成像在对空制导中应用的关键问题

随着半导体工艺的进展,长波非制冷红外成像器件灵敏度得到长足进步,作用距离日益提高,应用逐步成熟,国内外已在空地弹上应用,但在防空弹上未见报道;对于近程防空导弹,由于飞行距离和时间短,非制冷的应用条件基本满足,但对于一些应用上的具体问题需要深入探讨和研究。从空地弹上对非制冷研究,可以总结出非制冷在防空中应用的几个关键问题:首先,由于敏感的波段不一样,因此典型空中目标、天空(地物)背景的长波目标特性对目标的远距离识别和提取有影响,从而影响截获距离;其次,长波非制冷探测器的热时间常数较大,对于机动目标的跟踪有一定的问题,因此应用上可能有限制;并且,在中波段短时间飞行影响很小的头罩气动热问题在长波段可能有较大影响,需要进一步详细研究。若可以很好地解决上述几个问题,相信非制冷红外成像在防空导弹上的应用指日可待。文中对非制冷红外成像制导应用的几个关键问题进行了逐一分析,作为总体牵引研究。

微型导弹捷联光学制导信息提取方法研究

微型导弹体积小、成本低、精度高,可用于近距离攻击低小慢目标和地面人员车辆,采用捷联可见光导引头制导是比较合理的方案,因此高精度捷联制导信息的提取成为关键。为获取更高精度的制导信息,需要改进提取方法。匹配滤波理论是在考虑传感器不同的动力学特性情况下的一种信息融合方法,依据传感器动态特性进行信息匹配的方法提高制导信息提取精度。首先建立捷联光学成像导引头及其在制导控制系统中的简化模型,依据导引头上各种传感器主要指标,及匹配滤波的原则,推导出相位匹配器。最后,对匹配后的系统提取制导信息,并参与制导系统半实物测试,对比传统惯性滤波器与相位匹配滤波器的效果。结果说明在相位匹配滤波的提取方法获得的视线角速率精度比传统惯性滤波提取方法提高了1倍。

相位匹配法用于提高非制冷全捷联导引头制导信息精度

捷联成像导引头中各个传感器的动态响应不一,直接合成不同传感器的信息提取的制导信息精度差,为获取更高精度的制导信息,需要改进提取方法。匹配滤波理论是在考虑传感器不同的动力学特性情况下的一种信息融合方法,依据传感器动态特性进行信息匹配的方法提高制导信息提取精度。首先建立非制冷全捷联成像导引头及其在制导控制系统中的简化模型,依据导引头上各种传感器主要指标,及匹配滤波的原则,推导出相位匹配器。最后,对匹配后的系统提取制导信息,并参与制导系统半实物测试,对比传统惯性滤波器与相位匹配滤波器的效果。在三轴仿真转台、半实物机及热十字丝目标的配合下,对转台扰动下的非制冷全捷联导引头进行静止和运动目标下的视线角速率提取,结果说明在相位匹配滤波的提取方法获得的视线角速率精度为0.2°/s,精度比传统惯性滤波提取方法提高了1倍。