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。

捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计

为准确估计捷联导引头视线角速率,建立了全捷联导引头数学模型,根据弹目运动相对关系进行视线角速率解耦与估计算法研究。首先,建立了全捷联导引头数学模型,并利用Taylor级数对其进行线性化;接着,根据弹目运动几何学与坐标系相对关系推导视线角速率解耦算法;然后,针对捷联导引头无法直接测量体视线角速率的问题,提出微分+稳态Kalman滤波方法估计体视线角速率;最后,建立视线角速率解耦与估计算法验证系统并进行仿真实验,结果表明:解耦算法绝对误差小于5×10-5rad/s,相对误差小于0.3%,验证了解耦算法的正确性;在包含导引头数学模型的条件下,采用角频率为19.2rad/s的稳态Kalman滤波器,视线角速率估计误差小于4×10-3rad/s,较直接微分方法的估计误差提高近一个量级。视线角速率解耦与估计算法同时能满足制导系统对精度与动态性能的要求。

捷联式光学导引头特性与多维度最优制导律

为实现捷联式光学成像导引头与制导系统一体化设计,建立了全捷联制导与控制系统,根据捷联导引头特性进行制导与控制原理研究。首先,建立了全捷联导引头与陀螺的数学模型;接着,针对捷联导引头无法精确提取视线角速率的问题,提出姿态驾驶仪与视线角积分比例导引相结合的控制与制导方案,并分析了导引头体视线角、刻度因数、导航比和系统稳定区域之间的关系;然后,推导了全捷联制导系统最优制导律以提高制导系统响应速度;最后,进行了控制与制导系统飞行仿真,仿真结果表明:捷联式制导与控制系统能对静止与运动目标(速度为60 km/h)进行有效攻击,最大射击误差分别为1.49 m与2.62 m;系统误差、陀螺零偏与零偏稳定性对制导系统精度影响较大。捷联导引头制导与控制系统能满足空对地系统对静止与低速运动目标的攻击要求。

从飞行器无导引头的主-从式多飞行器协同制导方法

针对主-从式多飞行器多方位封锁协同打击目标问题,提出三维空间下当从飞行器无导引头时的协同制导方法。主飞行器通过给出的固定时间收敛攻击时间控制制导律实现对目标的指定时间命中,以主飞行器为基准提出球心和半径可动态自调整的目标封锁球面构型函数。以期望封控球面为参考,给出可实现对目标多方位覆盖封锁的同时命中协同制导律,并理论分析该方法的稳定性。仿真结果表明,新提出的方法可实现飞行器群于指定命中时刻同时命中目标,且主飞行器和无导引头的从飞行器可构成对目标的封锁态势。

考虑导引头耦合作用的带落角约束制导律设计

针对制导火箭弹弹体与导引头之间的动力学耦合等问题,提出了一种带落角约束的制导律设计方法。首先,考虑到飞行过程中导引头和弹体之间的耦合作用,建立了方位俯仰捷联式导引头的二自由度数学模型以及制导火箭弹的六自由度数学模型,然后,考虑到实际工程应用中导引头与弹体之间的动力学耦合因素,将导引头框架偏转角作为制导信息,设计了一种带落角约束的制导律,实现最大毁伤效果。最后,通过仿真分析验证了所设计的带落角约束制导律能够在保证落角精度的同时降低脱靶量。

横滚-俯仰式红外成像导引头盲区跟踪控制方法研究

为解决空空导弹极坐标稳定平台在小离轴角附近的中心盲区,尤其是在小视场角时目标的可能丢失,对横滚-俯仰式红外成像导引头盲区跟踪控制方法进行了研究。建立了不同坐标系,用像平面几何方法给出了极坐标稳定平台盲区的数学描述。提出了盲区控制方法:用跟踪微分器实现不依赖于模型的预测滤波,形成含预测滤波的指令规划;用指令规划系统进行光点坐标解算、像点坐标合成、指令优化、预测滤波与规划,避免像点飞出瞬时视场。对目标始终在盲区内和跨越盲区两种运动方式进行了仿真,结果表明:前者的目标始终在导引头视场内,后者的失调角更小,可用适当的控制律保证导引头不丢失目标,方法合理有效。

一种捷联式图像导引头的解耦算法

捷联式导引头与弹体固联,弹体姿态的扰动会导致目标在图像中的位置呈现复杂的运动特性。为了实现对目标的稳定跟踪,必须扩大导引头的搜索范围,从而降低了目标跟踪算法的实时性。文中建立了捷联式图像导引头的解耦模型,并提出了一种弹体姿态的解耦算法,利用惯性设备采集到的实时姿态角等信息进行了仿真验证。仿真结果表明算法可稳定的实现目标的实时跟踪。

滚仰式导引头的应用研究

常规俯仰偏航式导引头采用偏航外框架、俯仰内框架的万向支架结构,针对俯仰偏航式导引头因空间结构约束和大框架角盲区的限制而使导引头探测跟踪过程中框架离轴角较小的问题,研究能够同时满足导弹对导引头小型化和大离轴角要求的滚仰式导引头的任务越来越紧迫。滚仰式导引头采用滚转外框架、俯仰内框架的万向支架结构,滚仰式导引头和俯仰偏航式导引头的框架运动形式和跟踪稳定原理存在本质的差异,因此滚仰式导引头的应用还需要进一步研究和分析。通过与俯仰偏航式导引头的对比,分析研究2种导引头的区别和联系,重点从跟踪导弹和目标视线快速滚转以及最大离轴发射角2个方面研究了滚仰式导引头的应用,最后通过数字仿真和分析说明滚仰式导引头的优良性能,表明滚仰式导引头的研究价值和应用前景。

半捷联滚仰导引头视线角速度重构提取技术

分析了滚仰式导引头与传统偏仰式导引头框架运动的差异,导出了两者视线角速度不相等的原因。针对滚仰式导引头旋转运动引起的视线角速度x维旋转问题,利用视线归零重构技术完成了半捷联滚仰导引头视线角速度x维的提取。同时,在半捷联稳定条件下,完成了滚仰捷联式导引头视线角速度y维和z维的提取,为工程应用提供了理论指导。

激光导引头关键技术发展现状综述

激光导引头作为激光寻的制导武器的重要组成部分,是世界各军事强国不断研制与发展的对象。本文在介绍主动和半主动式激光导引头工作原理及特点的基础上,系统梳理了激光导引头若干关键技术的研究现状,指出了激光导引头将朝着抗干扰能力不断增强、多模复合、小型化、捷联式的方向发展。

捷联式制导迫弹末制导弹道优化设计

为了提高捷联式制导迫弹的目标捕获概率和命中精度,研究了其末制导段弹道优化设计问题。根据制导迫弹的工作过程,结合捷联导引头的空间模型,以制导迫弹飞行攻角和飞行时间作为设计变量,建立了包含导引头视场角、弹目距离及终端弹道参数等多约束的弹道优化模型,并采用改进的粒子群优化算法进行求解。仿真结果表明:优化后的弹道能够保证捷联导引头在较高高度探测到目标。研究结果可以为捷联式制导迫弹的工程研制提供依据。

捷联式惯性制导系统在空空导弹中的应用

一、捷联式惯导和寻的制导近三十年来,空空导弹制导系统中,普遍采用的都是各种寻的制导装置,通称为寻的导引头。它是利用目标辐射的红外线或辐射及反射的无线电波,测量导弹-目标视线角度及其它目标信息,用以实现比例导航。随着空战战术的发展。

一种捷联未制导系统的优化设计

研究了一种新型捷联未制导系统,含有一个捷联式导引头,一套捷联式惯性传感器,其中的三个速率陀螺和三个线加速度计是导航、制导、驾驶仪部分共享的测量元件.给出了在惯性坐标系中估计目标相对导弹运动状态的捷联未制导方案,导出了该类系统的结构及数学模型,提出了广义卡尔曼滤波器及最优制导律的设计计算方法,最后用数字仿真验证了该系统对付近距、大机动目标的可行性.

结合纯方位目标追踪的视线角速率提取方法

针对捷联导引头视线角速率提取过程中弹目相对距离和相对距离变化率未知的问题,提出了一种针对地面目标的结合纯方位追踪滤波的视线角速率提取方法。首先使用纯方位目标追踪滤波估计出相对距离和相对速度,然后把估计结果用于视线角速率估计模型以完成发射系视线角速率的估计。基于误差传播规律,仿真分析了导弹的姿态误差、发射系Y向速度误差、高程误差以及捷联导引头体视线角误差对发射系视线角速率估计误差的影响,仿真结果表明弹体俯仰角误差和滚转角误差对视线角速率估计误差的影响最明显。最后使用蒙特卡洛方法对目标机动及非高斯噪声情况下角速率提取精度进行了仿真验证,蒙特卡洛结果表明所提方法的视线方位角速率和高低角速率估计误差均值分别为α-β滤波的13.0%和18.2%;均方根误差均值分别为α-β滤波的18.8%和24.2%。

捷联式光学图像导引头视线角速率估计

为准确估计捷联导引头视线角速率,建立了捷联式光学图像导引头数学模型,根据弹目运动相对关系进行视线角速率估计算法研究。定义了估计算法所需坐标系并建立了导引头与陀螺数学模型;根据弹目相对运动学及姿态关系建立视线角速率估计非线性状态方程;针对滤波精度与实时性应用的问题,提出无迹Kalman滤波(UKF)方法估计视线角速率,并建立半物理实验系统进行算法验证,实验结果表明:视线角及视线角速率的最大估计误差分别为0.37°与0.68°/s,估计精度分别为0.1008°与0.2116°/s;数字信号处理器(DSP)中算法运行时间约为3.8ms,视线角速率估计算法同时能满足制导系统对精度与实时性的要求。基于UKF的视线角速率估计算法为捷联式光学图像导引头的工程应用提供理论依据。

捷联制导旋转弹制导信息提取研究

以捷联式半主动激光导引头为研究对象,研究其应用在旋转弹上制导信息的提取方法。根据坐标转换关系得到旋转弹惯性系视线角解耦模型,由于导引头和速率陀螺仪具有测量误差特性,直接解耦得到的制导信息会产生较大的误差。基于视线角解耦模型的非线性,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)的方法对测量信息进行滤波处理,估计出目标的位置,从而得到捷联式半主动激光导引旋转弹的制导信息。将扩展卡尔曼滤波方法与α-β滤波方法进行对比分析,得到扩展卡尔曼滤波方法对捷联式半主动激光导引旋转弹制导信息的估计精度更高,收敛更快。

飞航导弹中制导段惯性视线重构及误差传递

针对飞航导弹中制导段惯性视线重构的特点,基于映射函数的雅可比矩阵,研究了惯导姿态量测误差和捷联成像导引头体视线角量测误差对惯性视线重构精度的影响,推导出了中制导段惯性视线重构的误差传递近似公式,得出以下结论:(1)体视线角量测误差以单位增益传入到惯性视线重构中;(2)体视线角是影响惯导姿态量测误差传递增益的主要因素。仿真结果表明:应用误差传递近似公式进行惯性视线误差计算的精度可达96%以上,验证了公式和结论的正确性。

一种捷平式数字角信息处理系统

介绍一种用于空空导弹主动雷达导引头的捷联式数字角度信息处理系统。这种系统统由捷联模块、稳定模块、自主模块、遥控模块和跟踪模块组成，可以完成“自主惯导－指仿修正－主动寻的”复合制导过程中的角信息处理。为探索天线平台和驾驶仪平台的一体化设计作了先期研究。

导航与制导

IELDVD066:9784:30869-102 0606654 多无人水下航行器周边监测=Multi-UUV perimeter surveillance[会,英]/Kemp,M.//Autonomous Under- water Vehicles,2004 IEEE/OES．-102-107(A) We develop two algorithms for the surveillance of underwater perimeters by a group of unmanned vehicles, and compare their performance．