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。

半捷联导引头光轴稳定性

为研究半捷联导引头光轴稳定性,对影响半捷联导引头光轴稳定的因素进行了分析。通过对半捷联稳定原理和传统速率陀螺稳定原理的分析和比较,揭示了半捷联稳定的实质。根据半捷联稳定方式下平台框架的惯性空间角速度表达式,分析了影响半捷联稳定的主要因素。针对影响半捷联稳定的弹体扰动和扰动力矩,采用了匹配滤波和扰动观测器的方法提高系统稳定精度。数值仿真结果表明,匹配滤波的方法有效地减小了弹体扰动对系统稳定的影响,平台对弹体扰动的解耦精度在1Hz时提高了38 dB;扰动观测器有效抑制了扰动力矩对系统稳定的影响;采用高精度、低噪声的传感器是减小测速噪声对系统稳定影响的关键。综合仿真结果显示,在对3个主要因素补偿后,系统的稳定误差减小了近94%。

跟踪微分器在半捷联导引头中的应用

对半捷联稳定方式导引头进行了研究,导出了半捷联导引头稳定控制原理,并进一步建立了完整的半捷联导引头稳定回路框图。介绍了跟踪微分器的工作原理,并对其进行了数值仿真,仿真结果显示了跟踪微分器良好的跟踪性能和滤波性能。在半捷联稳定中,为了减小由框架角位置微分求取框架角速度引入的较大的测速噪声,提出了采用跟踪微分器的方法。数值仿真和半实物实验结果说明了跟踪微分器能有效地从角位置信号中微分求得角速度信号,系统稳定精度提高了80%,证明了跟踪微分器在半捷联稳定中应用的可行性和有效性。

采用UKF的光学捷联导引头刻度尺误差补偿方法

针对光学捷联导引头刻度尺误差带来的隔离度问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的刻度尺误差实时补偿方法。分析了刻度尺误差引起隔离度问题的机理,由弹目相对运动方程以及光学捷联导引头量测方程建立了考虑刻度尺误差影响的非线性滤波模型,采用UKF滤波算法,对刻度尺系数进行估计,并用所提出的补偿方法进行实时补偿,最后进行了数学仿真及半实物仿真验证。仿真结果表明:所提方法能够有效地估计出刻度尺系数,经补偿后改善了系统的稳定性,同时提高了制导精度。

捷联导引头弹目视线角速率估计（英文）

捷联导引头相对于框架式导引头而言,拥有许多优势。捷联导引头技术越来越受到各国军方的重视。捷联导引头无法直接测量弹目视线角速率,实现捷联导引头的工程运用首先需要解决弹目视线角速率的提取问题。弹目视线角速率提取的方法主要有两类,第一类是利用微分网络对弹目视线角进行微分来获取弹目视线角速率,第二类是利用卡尔曼滤波器对弹目视线角进行估计。建立了基于这两类方法的模型,并进行了仿真,仿真结果表明:第二类方法比第一类更具有优势。由卡尔曼滤波器估计出的惯性系弹目视线角速率比运用微分网络得到的惯性弹目视线角速率具有更小的延迟;在相同的量测噪声水平下,第二种方案输出的惯性系弹目视线角速率信号噪声水平更低。

基于BP神经网络的捷联导引头控制系统设计

滚仰式捷联导引头稳定平台控制器的设计,是导引头完成闭环控制对机动目标实现快速稳定跟踪的关键。导弹在对目标进行跟踪攻击时弹体本身常常处于复杂的运动状态,这就对滚仰式捷联导引头的稳定控制产生严重影响。针对这一问题,提出了一种基于BP神经网络的PID控制器用于滚仰式捷联导引头位置回路校正环节,建立了导引头稳定与跟踪一体化仿真模型。仿真结果表明,针对滚仰式捷联导引头设计的基于BP神经网络的PID控制器的动态性能优于传统PID控制器,由此建立的导引头稳定与跟踪一体化仿真模型可以实现对导引头的闭环控制,能够对机动目标实现快速稳定的跟踪,在实际工程应用中为滚仰式捷联导引头的控制提供有益的参考。

利用捷联导引头信息实现脉冲比例导引

在简控条件下实现精确制导是灵巧子弹研制中的重要问题.根据弹载捷联成像导引头和脉冲发动机控制系统的特点,设计了一种基于零效脱靶量概念的直接利用捷联导引头测量信息的末制导方法.该方法通过将速率陀螺和捷联导引头测量信息在速率层面上融合,可在弹体系下得到脉冲比例导引律所需要的制导信号,这避免了在提取惯性系下视线角速率时由不同坐标系多次转换带来的信息损失.利用六自由度动力学模型对末段弹道进行了仿真.结果表明,在理想情况下该文方法可以实现子弹对地面固定目标的精确打击.

滚仰式捷联导引头视线角速度提取技术研究

滚仰式捷联导引头具有很好的应用前景,但在过顶跟踪时提取稳定的视线角速度问题一直没有妥善的解决方法。提出一种利用导引头提供的失调角、框架角及框架角速度等信息构建"虚拟偏仰式导引头"的方法,设计Kalman滤波器对目标垂直视线运动信息进行估计,进而间接提取出视线角速度信息,用于产生制导指令。仿真结果表明,在过顶跟踪时该方法能有效抑制视线角速度抖动,视线角速度精度显著提高。

考虑视场角约束的捷联导引与控制一体化设计

针对现有导引与控制一体化设计方法在用于捷联战术导弹时存在无法保证弹目视线满足导引头视场角约束的问题,将捷联解耦原理和状态约束控制方法相结合提出一种新型考虑视场角约束的捷联导引与控制一体化设计方法。首先引入捷联解耦原理建立捷联导引与控制一体化设计模型,将其转换为严格反馈系统;其次,针对系统模型存在的不确定扰动,设计了一种对不确定上界平方进行估计的自适应律;第三,针对视场角约束问题,采用积分型障碍Lyapunov函数结合动态面控制设计了一体化导引与控制规律。最后通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性和所有信号的一致有界。数值仿真结果校验了设计方法的有效性。

基于无迹卡尔曼滤波的捷联导引头视线角速率估计方法

以视线角速率的解耦算法为基础设计扩展卡尔曼滤波器,解决了捷联导引头视线角速率无法测量,求导提取误差较大的问题,同时有效减少了传统卡尔曼滤波算法线性化误差对系统的影响。将估计得到的视线角速率与比例导引律相结合应用于末制导武器,具有较高的精度和动态性能,能满足打击机动目标的要求。

全捷联导引头的惯性视线角速度解耦方法及精度分析

针对全捷联导引头固联于弹体且其测量信息不能直接构成制导指令的问题,提出了一种新型的惯性视线角速度直接解耦方法.与传统方法相比,该方法不需要测量弹体姿态角,而是通过引入体视线角的导数、弹体姿态角速度以及相对运动学关系来进行姿态解耦,直接重构出弹体坐标系下的惯性视线角速度,并给出惯性视线角速度在视线系及体视线系下投影的计算方法;通过推导映射函数的雅克比矩阵,给出了从体视线角的导数和弹体角速度到惯性视线角速率的误差传递函数;通过对误差传递函数的分析,讨论了影响惯性视线角速率解耦精度的因素.仿真结果表明该方法实用有效,具有一定应用参考价值.

捷联导引头目标视线角速率重构方法研究

捷联导引头测量信息中耦合有弹体姿态信息不能直接被比例导引所用。实现了从捷联导引头和弹体角速率信息中重构出目标视线角速率,并运用四阶龙格库塔法建立离散模型,避免迭代发散。捷联导引头大的瞬时视场带来大的背景噪声,任何用于重构系统的测量信息噪声都会反映到重构出的目标视线角速率中去。针对系统模型参数噪声与状态噪声并存的问题,从模型中分离开参数和状态,设计了JointUKF和DualUKF提取目标视线信息,简化了系统噪声模型,降低滤波器对噪声标定不准确的敏感性。通过弹目拦截仿真验证了目标视线角速率重构方法的正确性,验证了采用离散方法的合理性,验证了设计的滤波器能有效提取目标视线角速率。

捷联导引头延时引起的隔离度问题研究（英文）

研究了捷联导引头引起的隔离度问题,建立了捷联导引头延时造成的寄生回路模型,分析了捷联导引头延时引起隔离的机理,得到了捷联导引头延时引起的隔离度函数。研究了导引头延时造成寄生回路的稳定性,在制导参数取不同值情况下,绘制捷联导引头延时引起的寄生回路稳定区域。仿真结果表明:制导系统延迟环节动力学时间常数相对于弹体动力学时间常数越大,对系统克服导引头延时的影响越有利。减小弹体气动力时间常数,可以增强系统容忍导引头延时时间的能力。研究成果对于实现捷联导引头的工程应用具有重大意义。

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。

旋转导弹捷联导引头比例导引制导律研究

利用捷联导引头和速率陀螺的测量信息,得到旋转导弹实现比例导引制导律所需要的制导信号。定义了相关的坐标系,给出了各坐标系之间的关系,得到了惯性系下视线角的计算公式,进一步给出了惯性系下视线角速度的计算公式,最后得出了旋转导弹比例导引制导律的实现方法。

捷联导引头寄生回路分析及其品质测试研究

为研究隔离度寄生回路对捷联图像导引头的影响,建立了捷联导引头隔离度寄生回路模型。通过无量纲化后得到无量纲特征方程,利用劳斯判据研究了制导参数、陀螺和探测器的刻度尺偏差和动力学偏差对稳定域的影响,并分析寄生回路对制导动力学的影响,建立非线性仿真模型;利用蒙特卡洛法研究脱靶量随刻度尺偏差和动力学偏差的变化规律,建立了半实物开环仿真测试系统,对隔离度寄生回路品质进行了评价。研究结果表明:角速率陀螺与探测器之间的刻度尺误差和动力学不匹配是引起隔离寄生回路的主要因素,其差值的正负分别代表隔离度寄生回路反馈的正负特性;正反馈的稳定域要远小于负反馈的稳定域,并且脱靶量对制导系统偏差的敏感度更大;为了提高系统阻尼,提高导弹末制导精度,需采用五轴转台半实物仿真测试系统对隔离度寄生回路的阻尼特性进行测试标定,或者消除刻度尺误差,完成动力学匹配,进而消除寄生回路的影响,或者构造负反馈寄生回路以减弱其影响。

激光捷联导引头半实物仿真合成视线法研究

在分析激光制导半实物仿真系统特点的基础上,结合激光捷联导引头的工作原理,提出了一套基于合成视线的半实物仿真系统视线模拟方法。一方面,基于漫反射屏和三轴转台的激光制导半实物仿真系统架构建立了合成视线仿真模型,并在分析安装误差对合成视线仿真精度影响的基础上设计了合成视线仿真误差修正算法;另一方面,对合成视线仿真模型和误差修正算法进行了仿真计算。仿真结果表明,该方法在工程应用上是可行的,对提高激光制导半实物仿真系统对捷联导引头的测试和仿真能力有重要意义。

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。