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%。

导引头隔离度寄生回路对视线角速度提取的影响

为在导弹总体设计中合理确定导引头视线角速度提取方式,研究提出了基于导引头隔离度寄生回路特性分析的视线角速度提取方式确定办法。建立了典型平台导引头的隔离度寄生回路模型,利用频域法解析分析了两种视线角速度提取方式下导引头隔离度传递函数、隔离度寄生回路和导弹制导系统特性的差异,利用劳斯判据研究了制导参数对寄生回路稳定性能的影响。结合某红外导引头,在典型飞行条件下数值分析验证了理论分析的正确性。研究表明导引头隔离度寄生回路特性直接影响导弹制导系统性能,不同的视线角速度提取方式下隔离度寄生回路特性不同,进而导致制导系统性能出现较大差异,而确定导引头的隔离度特性有助于选择合理的视线角速度提取方式以提高导弹制导性能。

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。

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。

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。

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。

基于角位置补偿的相控阵导引头解耦及跟踪技术

在弹体姿态扰动条件下,为实现相控阵导引头对于目标较高精度的稳定跟踪,基于姿态角度补偿思想提出一种相控阵导引头解耦跟踪算法。揭示了相控阵解耦及视线角速度提取原理,对空间解耦跟踪算法进行了数学设计。对影响算法执行精度的误差源进行分析,针对误差项特点设计补偿优化算法。仿真结果表明该算法具有较高的隔离度水平以及视线角速度精度,验证了相控阵解耦跟踪算法的功能性、有效性。

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。

基于粒子群优化的卡尔曼滤波去耦算法

针对相控阵雷达导引头由于前向通道增益和波束控制增益刻度尺度不同引起的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)去耦中误差量过大的问题,提出了基于粒子群优化的EKF去耦算法。采用了最小均方差为适应度函数,对两个增益参数进行组合优化,然后通过建立EKF的系统模型,推导了提取的视线角速率与增益参数之间的关系,使得滤波后的估计值为最优的后验估计。最后,通过仿真表明该算法可以很好地解决误差量过大的问题,并验证了所提算法在相控阵雷达导引头去耦和视线角速率提取中的有效性。

平台式相控阵导引头视线角速率提取技术研究

针对全捷联相控阵雷达导引头隔离度(disturbance rejection rate,DRR)正反馈失稳风险,提出了一种将相控阵安装在平台框架用于隔离弹体干扰的新思路。通过对相控阵和平台模型进行简化,利用空间角度关系及平台随动特性,构建4种适用于平台式相控阵雷达导引头视线角速率提取的方案,选取不同的制导信号输出点,分别研究方案的隔离特性及制导信号跟踪能力。研究结果表明,4种方案均能有效规避DRR干扰影响,其中平台随动能提高制导信号的提取精度,雷达测角输出点优于平台角速率陀螺输出点,并具备跟踪高频信号的能力。

基于自适应卡尔曼滤波的捷联去耦算法

针对捷联相控阵雷达导引头中弹体姿态干扰弹目视线角速率提取的问题,提出了基于自适应卡尔曼滤波去耦算法,引入合适的遗忘因子优化了滤波的性能,建立了噪声特性递推和预测的数学模型,联立滤波方程和噪声估计方程解决了弹目视线角速率去耦的问题,在误差的允许的范围内提取了弹目视线角速率。最后通过仿真实验表明所提算法在捷联去耦上的有效性以及相对于标准卡尔曼滤波去耦的优良性,提高了提取弹目视线角速率的精度,优化了导弹制导性能,具有较高的工程运用价值。

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。