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%。

基于图像导引头及惯导相对位置信息的弹目距离估计算法

针对远程图像制导空地导弹无GPS信息条件下,惯导长时间工作后位置精度较差,无法满足剩余制导时间计算要求的问题,提出基于图像导引头角量测及导弹相对位置与高度信息弹目相对距离估计算法,并分析了典型误差条件下不同采样计算频率对算法精度的影响,结合弹道特点给出算法具体应用方案及剩余制导时间计算策略.通过仿真计算,验证了算法具有较高的计算精度,有实际工程应用价值.

基于变结构理论的中制导律设计方法研究

对于采用复合制导的空地导弹,中末制导交接班问题是影响命中概率的关键因素;针对这一问题,采用变结构理论设计中制导律;首先建立滑模面,保证滑模面上速度矢量与视线重合,且零化视线角速率,然后设计到达函数,使到达条件得到满足,可以保证交班时刻导弹可靠捕获目标,并为末制导提供最优初始条件;建立了导弹六自由度数学模型和目标捕获模型,进行全系统数字仿真,实验结果表明:在中末制导交接时刻,弹目视线与导弹速度矢量基本重合,误差为0.12°,视线角速度为-0.02°/s,在±20°视场下满足捕获需求,并且为末制导提供最优初始条件;该方法可以满足中末制导交接班要求,具有较强鲁棒性,且中制导段弹道平滑,需用过载小。

基于视线角四元数序列的视线角速率样条滤波

依据坐标系转换四元数与坐标系旋转角速度之间的关系,提出了基于视线角四元数序列的视线角速率自适应样条滤波算法。该算法利用样条函数表示视线角四元数,结合四元数与角度之间的对应关系,建立了系统状态方程;在只给出视线角序列信息的情况下,对观测误差进行了补偿,实现了自适应样条滤波算法,获得了有效的视线角速率信息。

基于跟踪微分器的滚仰式成像导引头视线角速率估计

针对滚仰式半捷联成像导引头难以直接获得精确的视线角速率这一问题,提出利用弹体姿态角速率、失调角、框架滚仰角等信息解算出惯性系下的视线角的方法。针对解算出的惯性系下的视线角,通过选择合适的跟踪微分器提取出惯性系下的视线角速率信息。仿真试验表明,选择合适的跟踪微分器能够在大背景噪声下对惯性系下解算出的视线角连续平滑地微分,进而可得到精确的视线角速率。

全捷联图像导引头视线角速率精度分析

为分析全捷联图像导引头视线角速率精度影响因素,提出了视线角速率精度分析算法。首先,提出了视线角速率解耦算法;其次,根据误差理论详细分析了视线角速率各误差源的误差灵敏度并提出了精度计算方法;再次,分析了体视线角、弹体角速率、姿态角与体视线角速率等误差形成机理与精度影响;最后,建立了半物理仿真实验系统进行算法验证,结果表明,视线高低角速率与方位角速率的估算精度分别为0.273°/s与0.235°/s,实验结果分别为0.281°/s与0.242°/s,相对误差分别为2.85%与2.89%,验证了视线角速率精度估计算法的正确性与精确性。研究结果可以用于全捷联图像制导控制系统总体设计过程,并为视线角速率精度估计与指标分配提供理论依据。

一种新的有限时间收敛的末制导律设计

针对机动目标的三维拦截问题,提出了一种基于有限时间收敛的新型末制导律设计方法。首先针对三维弹目相对运动学模型,提出了末制导律设计的基本设计原则和要求。其次,提出了一种新的非线性积分型Terminal滑模面,避免了传统Terminal滑模的奇异问题。并针对弹目相对学模型,设计一种具有鲁棒性的积分型Terminal滑模制导律,同时基于李亚普诺夫稳定性理论严格证明了在该制导律作用下,不仅可以达到零化弹目视线角速率的要求,而且也保证了末制导系统在有限时间的稳定性。最后通过对目标机动的拦截仿真,与比例导引律相比,不仅具有更高制导精度,而且也实现了制导系统有限时间的稳定。

一种新的具有攻击角度约束的末制导律设计

研究导弹末制导性能优化问题,在末端要满足攻击角度的约束条件,要求优化空地导弹末制导命中目标精度性能。针对导弹和地面目标所形成动态系统的非线性运动学关系,通过分析导弹在终端命中点角度约束条件,并利用零化视线角速率的设计思想,根据滑模变结构控制理论,提出了一种非线性滑模设计方法,得到了具有攻击角度约束的导弹的末制导律。同时利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性。把末制导律应用于导弹系统并进行仿真,结果表明,在不需要任何目标运动信息的情况下,导弹都能获得期望的攻击角度约束和制导精度,证明导弹制导算法对地面目标有较强的鲁棒性。

基于终端角度约束的自适应鲁棒制导律设计

针对空地导弹攻击地面目标的末制导问题,提出了一种新的基于终端角度约束的自适应鲁棒制导律;基于末制导中二维弹目相对运动学关系,考虑目标的运动特性,建立了描述弹目相对运动的数学模型;基于零化弹目视线角速率的思想,并将目标机动运动和系统结构摄动作为外部扰动,以命中点终端姿态角跟踪误差为性能指标,设计得到了非线性自适应鲁棒制导律,同时该方法利用Lya-punov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性;数字仿真表明这种制导律在不需要任何目标运动信息的情况下,仍然保证终端角度和制导精度的要求,具有很强的鲁棒性和适应性。

红外寻的导弹舵机舵偏角速率需求分析

红外寻的导弹输入噪声主要有视线角测量噪声、闪烁噪声、目标均匀分布机动噪声。从红外寻的导弹输入噪声的角度,利用伴随分析方法,对舵机舵偏角速率的需求进行了分析。通过分析可知,目标机动对舵机角速率的需求很小,闪烁噪声对舵机角速率需求较大。

考虑自动驾驶仪二阶动态特性的局部收敛导引律

探讨了在考虑驾驶仪二阶动态特性的情况下,拦截高速机动目标的末制导律设计问题。提出了一种局部稳定性理论,并应用该理论对系统的状态变量进行分析,根据变量对制导效果的影响,将系统分解为两个子系统,对子系统设计Lyapunov函数,证明其稳定性,并由局部稳定推出全局稳定。在整个设计过程中,仅考虑视线角速率的变化,使得设计过程大大简化,设计的导引律有效地克服了自动驾驶仪动态延迟对制导精度的影响。仿真结果表明,在目标做各类机动且自动驾驶仪存在较大滞后的情况下,该导引律仍具有较高的制导精度。

基于视线角序列的视线角速率样条滤波

依据拦截器与目标间的相对位置、速度关系,提出了基于视线角序列的视线角速率自适应样条滤波算法。该算法利用样条函数表示相对距离矢量,提出并结合“导引头球面”模型,建立了系统状态方程;在只给出视线角序列信息的情况下,对状态估计误差和观测误差进行了补偿,实现了自适应样条滤波算法,获得了有效的视线角速率信息。

一种新的非线性末制导律设计

基于拦截机动目标的末制导问题,提出了一种新的具有鲁棒性的非线性末制导律。基于二维平面内弹目相对运动学关系,将目标机动作为有界干扰量,建立了描述弹目相对运动的数学模型。引入一阶弹体动态特性,借助于零化弹目视线角速率的思想,采用Nussbaum-type增益技术,设计一种非线性鲁棒末制导律,同时利用Lyapunov稳定性理论证明了在该制导律作用下末制导系统的稳定性。最后通过与比例导引律进行对比,数字仿真验证了所设计的非线性制导律的有效性,具有很强的鲁棒性和适应性。

捷联式反辐射导引头角跟踪技术研究

对于工作在低频段的地空反辐射导引头,传统的稳定平台式导引头无法满足小口径要求,为此采用捷联干涉仪体制。但是采用该体制后,天线是固定安装在弹体上的,无法直接提取比例导引指令,必须寻求新的解决方案。针对该问题,提出采用捷联式角跟踪与解耦方法来消除导引头的弹体姿态扰动耦合,实现视线稳定跟踪。首先,给出了捷联式角跟踪与解耦技术的工作原理与实现方法,在此基础上,对系统进行了仿真建模与性能分析。结果表明,测量误差和噪声较小时,该方法能获得较好的解耦与跟踪性能,所得结果为捷联式导引头角跟踪系统的工程实现提供了理论基础,也为未来导引头的小型化需求提供了一种新的解决方案。

基于波束角误差补偿的相控阵导引头解耦算法

针对相控阵导引头离散波束运动引起视线角速率估计值跳跃波动问题,提出一种对波束角误差进行补偿的视线角速率提取算法。分析了相控阵导引头波束离散扫描原理,建立了波束扫描控制数学模型。推导了波束指向误差斜率引起的隔离度传递函数,分析并说明了波束角误差补偿方法。仿真结果表明,应用波束角误差补偿方法能有效地消除视线角速率提取值的跳跃波动,并验证了所提算法在捷联去耦与视线角速率提取方面的有效性。

红外导引头视线角速率精度测试方法研究

该文针对红外成像导引头试验评估的测试要求,结合半实物仿真思想,提出一种红外成像导引头视线角速率精度的测试方法。利用半实物仿真系统为导引头提供一个接近战场条件的测试环境,实时采集仿真数据,计算出视线角速率精度;对某型号导引头进行仿真测试,并分析其测量误差。结果表明:该方法可在实验室条件下实现红外导引头视线角速率精度的准确测试,为考核红外导引头实战性能提供有效的测试方法。

高超声速导弹制导控制一体化设计研究

针对高速大机动目标高精度拦截中传统制导控制系统设计时制导与控制回路分离设计问题,研究了将L1自适应控制用于导弹制导控制一体化(IGC)设计的方法。将弹目相对运动分解为纵向与侧向运动,讨论了纵向平面内的设计(侧向平面与其类似)。根据弹目相对运动学关系和纵向平面内轴对称导弹的动力学特性,基于零化视线角速率建立导弹纵向平面制导控制一体化模型。采用L1自适应控制设计了IGC控制器,给出了状态观测器模型和L1自适应律和低通滤波器。数字仿真结果表明:IGC设计能有效提高制导精度,显著增强了拦截系统的鲁棒性和可靠性。

基于控制系统工作原理的视线角速度获取方法

针对红外成像导引头弹目视线角速度获取精度较差,无法满足导弹制导指标要求的问题,根据红外导引头角跟踪原理,比较研究了直接微分法、基于马尔科夫模型的方法和基于控制系统工作原理的方法3种弹目视线角速度提取方案。利用试验数据进行了仿真分析。仿真结果表明:直接微分法和基于马尔科夫模型的方法均不适用于红外成像导引头弹目视线角速度提取。将控制系统设计为二阶无静差系统,并以此建立了基于控制系统工作原理的弹目视线角速度提取模型。仿真分析表明:该方法适用于红外导引头弹目视线角速度提取。

红外旋转导弹自适应变结构制导律研究

针对红外旋转弹制导时间短、精度要求高和高频正弦控制的特点,设计了一种基于红外体制旋转导弹的自适应变结构制导律。建立了导弹与目标的相对运动模型,给出了变结构制导律,并加入变结构项以保证系统对干扰的鲁棒性。为保证制导精度,采用幂次趋近律,通过设置合理的趋近参数保证视线角速度在弹目遭遇前的有限时间内收敛至零。为减小变结构控制产生的高频抖振,设计了一种自适应变增益变结构制导律,根据视线角速度信息对变结构项的增益进行自适应调整,以有效削弱变结构控制中的抖振。基于红外旋转导弹的目标信息获取能力,对变结构制导律的工程实现进行了讨论。以某红外旋转导弹为背景,仿真比较了比例导引律与变结构导引律,结果发现:变结构制导律的所需平均过载、弹道平滑程度、视线角速度和命中精度等明显优于传统比例导引律;对机动和非机动目标,设计的增益自适应变结构制导律均既能保证制导精度,又可避免变结构项引起的抖振。