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%。

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。

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。

多约束条件下弹体末端制导建模方法研究

针对制导弹体考虑终端落角、攻角回零及飞行过程中最大过载约束的多约束条件下末端制导问题,提出了一种多约束自适应最优导引律的设计方法,详细推导了带落角约束、目标函数加入剩余飞行时间的幂函数拓展得到的一组带制导阶数n的最优导引律,并在此基础上深入分析导引律解析特性寻求制导阶数n与末端攻角回零、最大过载约束的关系。根据研究分析提出了一种可在制导初始时刻在线确定制导阶数n应用于导引律的制导方法满足多种约束条件。仿真结果表明,该制导方法适用于制导火箭弹多约束制导问题,并具有较强的鲁棒性。

全捷联相控阵雷达导引头隔离度寄生回路研究

针对全捷联相控阵雷达导引头的隔离度问题,分析了造成隔离度误差的主要原因,建立了隔离度寄生回路模型,通过量纲一化分析了隔离度寄生回路的稳定性和频率特性,利用伴随函数法研究了隔离度寄生回路对比例导引制导系统的影响.结果表明,导引头的不完全解耦和测角误差是产生隔离度问题的主要原因;相比负反馈,正反馈时寄生回路的稳定性对隔离度更敏感,临界失稳频率更接近控制系统频率;隔离度寄生回路将改变比例导引制导系统的性能参数,影响制导精度.

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。

基于指数积公式的导引头运动学分析与标定

针对半捷联俯仰偏航双框架导引头的结构特点,分析了框架的运动学描述方法。利用角速度递归算式,将弹体的惯性空间速度映射到视轴坐标系,推导出视轴的惯性空间稳定方程。基于指数积公式,给出了框架的运动学标定模型,研究了运动学方程的标定方法。将误差参数归结于框架坐标系的初始姿态,简化了运动学参数的标定过程。采用迭代最小二乘算法求解标定模型中的运动学误差参数。数值仿真结果表明:提出的运动学标定方法有效提高了视轴惯性空间稳定方程的求解精度。

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。

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。

全捷联激光半主动导引头线性视场研究

针对全捷联半主动导引头大线性视场的要求,分析了四象限光电系统线性视场与目标距离的关系。首先根据系统参数计算不同能见度、不同目标反射率下的目标距离与导引头接收光功率关系;通过建立光学系统的仿真模型,利用光线追迹方法获得不同视场对应的探测器光敏面光斑功率分布;最后结合探测器灵敏度阈值,得到线性视场与接收激光功率的关系:随着目标距离减小,线性视场从0°增大到光学设计理论值。实验测试结果表明,线性视场随着接收功率增大,从0°增大到±9°,与理论分析一致。因此,全捷联半主动激光制导系统设计应该考虑导引头线性视场变化规律。

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。

抗野值自适应卡尔曼滤波方法的研究

针对陀螺漂移信号中野值的不良影响,从量测噪声自适应Kalman滤波算法出发,首次提出了抗野值自适应Kalman滤波方法,并在其基础上进行了分析,提出一种改进的算法。通过对某型号高精度寻北仪中的试验证明,该算法能够有效去除寻北仪信号中的野值,提高寻北仪的寻北精度,并且对系统的量测噪声不敏感。

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。

半捷联式导引头视线转率提取算法

捷联式光学导引头的探测装置直接固联于弹体上,许多现有的制导信息处理方法都不再适用.对半捷联式导引头进行研究,根据其与常平架式与捷联式导引头不同的配置方式,推导了滚仰式和偏航俯仰式半捷联导引头视线转率提取算法,并分析了影响半捷联导引头视线转率提取精度的主要因素及误差传递关系,通过Simulink仿真验证了算法的正确性.

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。

半捷联导引头光轴稳定的研究

以红外空空导弹为背景,分析了导引头光轴稳定对导弹精确打击目标的重要性,介绍了动力陀螺、速率陀螺和捷联三种稳定导弹导引头光轴的典型稳定方案,并将前两种方案与捷联稳定方案进行比较,同时根据国外空空导弹的发展趋势和捷联稳定原理,运用横滚/摇摆伺服系统结构,提出了一种半捷联稳定方案,并在理想状态下进行了数学仿真验证。结果表明,该方案稳定导引头光轴的性能良好,可行性较强。

全捷联成像导引头隔离度与寄生回路稳定性研究

针对全捷联成像导引头视线角速度提取中隔离度及其带来的寄生回路稳定性问题,首先建立了考虑惯性测量装置和捷联探测器动力学的视线角速度提取模型并进行了简化。选取传感器动力学、信号处理延时、刻度尺为主要误差源,对由其造成的视线角速度隔离度幅值及相角变化规律进行了分析。进一步通过构建相应对应全捷联导引头隔离度寄生回路模型,计算了寄生回路稳定域并给出允许误差边界。分析结论表明,视线角速度提取过程中存在的以上误差将带来远较平台导引头大的隔离度问题,并导致寄生回路失稳,因此需在信号处理过程中进行修正。

基于粒子滤波的捷联成像导引头视线角速率估计

提出了一种基于粒子滤波的捷联成像导引头视线角速率的估计方法。由于捷联成像导引头状态方程和观测方程的强非线性特点以及观测量中较强的非高斯测量噪声,扩展卡尔曼滤波(EKF)方法不能完全满足滤波精度要求。与扩展卡尔曼滤波相比,粒子滤波(PF)是一种在非线性和非高斯情形下进行状态估计的强有力方法。采用粒子滤波对捷联成像导引头的视线角速率进行估计,仿真结果表明,粒子滤波方法可以有效地提高视线角速率的估计精度。

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%。

捷联成像寻的器惯性视线重构精度分析

针对捷联成像寻的器,首先给出体视线和弹体姿态到惯性视线的映射关系,然后通过推导映射函数的雅克比矩阵,给出了从体视线和弹体姿态到惯性视线的误差传递公式。通过分析误差传递增益的范数,讨论了弹体姿态和弹目相对位置对惯性视线角计算的影响。由于体视线受到成像寻的器视场的约束,其角度测量值较小,合理简化了误差传递公式,给出了惯性视线误差的近似计算公式。最后应用蒙特卡洛实验,验证了近似计算公式的精度和结论。