近距空空导弹复合制导关键技术研究

为满足近距空空导弹射程不断增大以及大离轴角发射的需要,第四代近距空空导弹越来越多地采用复合制导技术,中末制导律的选择以及中末制导交接班是其中的两项关键技术。通过比较分析,确定了适用于近距空空导弹的中制导律和末制导律,设计了基于最优预测比例导引中制导+比例导引末制导的复合制导方案;应用了一种平滑过渡的中末制导交接律,满足了中末交接时弹道平滑的要求。与采用传统全程比例导引律的导弹弹道进行了对比,给出了仿真结果,证明了上述方法的合理性和可行性。     

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。     

导引头跟踪回路滤波特性仿真分析

反辐射导引头是反辐射导弹的重要组成部分,陀螺稳定平台导引头是最常用的一种导引头,给出了制导控制所需的视线角速度信息。但由于平台的随机扰动和被动导引头的测向噪声,导致导引头无法实现视线角速度的准确测量,因此需要对跟踪回路进行滤波,以得到满足制导要求的视线角速度信息。惯性环节滤波器和矩形窗平均值滤波器是2种常用的数字滤波器,通过Simulink仿真对采用这2种滤波器的跟踪回路特性进行了分析,比较了时域和频域的差异性,给出滤波方法的选择依据。     

机载红外诱饵弹干扰效果评估方法

分析红外诱饵弹的干扰原理,并建立红外诱饵弹模型;考虑红外导弹的跟踪、控制、运动学等环节,建立导弹制导回路模型;在导弹制导飞行过程中,分析诱饵和飞机与跟踪器视线的位置关系,确定红外中心的位置和速度.按时间进行典型诱饵弹干扰情景下的三维飞行模拟,从而分析诱饵弹多组间隔发射情形下,导弹脱靶量与诱饵强度、发射速度、发射间隔的关系.算例验证了方法的有效性、合理性.     

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。     

两轴捷联稳定跟踪平台关键技术分析

两轴捷联稳定跟踪平台是国际上先进近距格斗空空导弹导引头所采取的位标器形式,通过对该技术所涉及的两轴和捷联两项研究内容的深入分析,指出了研制该类稳定平台所需解决的关键技术,并论证了工程上的可行性.     

滚仰式红外导引头视线角速率提取方法研究

由于滚仰式导引头的结构特殊性,制导控制系统需要的视线角速率信息是不能够直接测量得到的,因此提出了一种基于跟踪微分器的视线角速率提取方法。根据滚仰式导引头的结构特点,分析了滚仰式导引头的运动学原理,并根据滚仰式导引头的结构推导出视线角与弹体姿态角、框架角和失调角的关系,然后设计了有限时间收敛跟踪微分器求解视线角速率信息。经数字仿真,对比了直接差分法和跟踪微分器法对视线角速率的提取效果,证明了利用跟踪微分器提取视线角速率的有效性。     

空空导弹用于舰载反导拦截的导引策略

新一代近距格斗空空导弹具有机动能力强、制导精度高的特点, 可用于舰载垂直发射进行近程反导拦截作战。建立了垂直发射的三自由度弹道仿真数学模型, 针对近距格斗空空导弹用于舰空反导拦截时初始段存在的探测与制导问题, 提出了一种工程上易于实现的导引策略: 利用目标方向信息, 在探测线上构建随导弹移动的虚拟目标运动, 用虚拟目标将垂直发射的导弹按比例导引律引向来袭目标, 在弹目接近过程中, 导引头完成对弱小目标的稳定截获并随即转入末制导段。最后对想定条件下的反导拦截进行了仿真分析, 验证了该导引策略有效性。     

平台导引头隔离度寄生回路特性分析

平台导引头隔离度的存在不仅降低了导引头跟踪精度,其引起的隔离度寄生回路对导弹制导系统存在严重的影响。通过对平台导引头隔离度产生机理进行分析,分别建立了弹簧力矩和阻尼力矩引起的隔离度模型,在此模型的基础上利用劳斯判据分析了隔离度寄生回路稳定边界,并研究了寄生回路对制导系统有效时间常数和有效比例导引系数的影响。结果表明:为了保证隔离度寄生回路的稳定,需要限制制导控制系统主要参数的取值范围;在寄生回路的作用下制导系统有效时间常数和有效比例导引系数与原设计值发生偏差,需要重点关注。所得结论可以为导弹制导控制系统初步设计以及导引头总体指标确定提供理论参考。     

基于状态观测器的变结构末制导律设计

本文针对仅有相对距离和视线角可测的导弹,设计了一种基于状态估计的变结构末制导律.将非线性项和目标机动视为新的状态变量实现对原相对运动方程进行的扩张,设计扩张状态观测器实现对不可测的相对距离变化率和视线角变化率的估计.基于扩张观测器的估计值,利用变结构控制理论设计了保证切向速度趋向于零的末制导律,从而实现导弹直接命中目标,并从理论上对制导回路的稳定性进行了证明.最后进行了数学仿真,仿真结果表明在设计的制导律脱靶量较小,验证了扩张观测器和制导律的可行性.     

半捷联稳定控制方案与制导信息提取方法

在现代战术导弹末制导系统中,捷联稳定方案在成本、体积方面与传统的陀螺稳定方案相比具有明显优势,是战术导弹导引头的发展方向,其技术核心是数学稳定平台和捷联稳定算法.研究了半捷联末制导系统中数字稳定平台的控制算法和制导信息提取方法,给出了一套适于工程实现的数字稳定控制算法和相应的目标视线角速度信息获取算法.首先探讨了捷联稳定控制原理,然后提出了一种数字稳定平台的实现算法和目标视线角及视线角速度等制导信息的解算方法,为了克服传感器精度和微分运算不理想所造成的视线角速度计算精度不足,又给出了一种基于导弹-目标角跟踪模型的目标视线角速度滤波模型,最后通过数学仿真验证了上述方法的有效性.     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的导弹制导信息估计

在机动目标的被动跟踪研究领域,导引头仅能量测到视线角速度或视线角信息,利用仅有的角度测量信息对制导信息进行估计,是导弹实现先进导引律精确命中机动目标的基础。本文针对机动目标的被动跟踪问题,选取"当前"统计模型作为机动目标模型,建立系统状态方程和量测方程,提出一种适应于大机动目标的自适应扩展卡尔曼滤波算法对制导信息进行估计。通过仿真实验可以看出,本文所提出的算法具有较好的滤波效果,对制导信息的估计误差满足系统精度要求。     

全捷联小型弹药制导系统设计

围绕适用于小型无人机、单兵等平台的微小型弹药制导化需求,提出了基于捷联导引头和捷联惯导的全捷联制导控制方案。针对全捷联体制无法直接提供有效制导信息的问题,导出了惯性视线速率的理论方程及滚转稳定条件下的实用形式,设计了非线性微分器以实现稳定的视线信息数值微分。给出了作为内回路的PI 校正两回路过载驾驶仪。分别进行了机载平台和单兵发射的仿真。结果表明:全捷联技术可以有效解决小射程条件下制导弹药的小型化、精确化,多约束条件下的制导控制系统设计是应用的关键。     

攻角约束下的二阶滑模控制器的协同制导律设计

针对多弹协同拦截单个机动目标的问题,提出了一种协同制导律能够同时满足攻击时间和攻击角度约束。首先,根据系统动态方程和一致性算法选取了包含飞行时间变量的积分滑模变量,基于此设计了二阶滑模控制器作为导弹在视线方向上的制导律,以保证所有导弹同时拦截目标;然后,基于高阶滑模干扰观测器对视线角方程中的干扰进行估计补偿,设计了导弹在视线法向上的滑模制导律,以满足期望视线角约束和零化视线角速率的要求;另外,基于李雅普诺夫稳定性理论分别证明了制导系统两个子通道的稳定性;最后,仿真验证了所设计协同116制导律的有效性。     

捷联成像制导系统的若干问题探讨

对比捷联成像导引头和传统成像导引头的特点, 指出捷联成像寻的制导技术应用到实际的导弹系统中, 需要解决视线角速率提取、数学平台的实现以及制导和控制系统综合设计等问题。给出了各坐标系之间的转换关系, 据此推导了捷联成像寻的制导的弹体姿态解耦算法, 针对捷联成像导引头的大测量噪声以及系统的非线性, 介绍了采用Unscented 卡尔曼滤波器估计视线角速率的基本原理, 并对捷联成像制导与控制系统进行了分析, 给出了制导与控制系统综合设计的思路。     

捷联成像制导系统的若干问题探讨

对比捷联成像导引头和传统成像导引头的特点，指出捷联成像寻的制导技术应用到实际的导弹系统中，需要解决视线角速率提取、数学平台的实现以及制导和控制系统综合设计等问题。给出了各坐标系之间的转换关系，据此推导了捷联成像寻的制导的弹体姿态解耦算法。针对捷联成像导引头的大测量噪声以及系统的非线性，介绍了采用Unscented卡尔曼滤波器估计视线角速率的基本原理，并对捷联成像制导与控制系统进行了分析，给出了制导与控制系统综合设计的思路。     

基于空战评估的红外空空导弹功能仿真

红外空空导弹是最有效的近距空战杀伤武器,但其工作机理复杂,干扰环境多变,仿真出来的导弹很难与真实导弹的性能相符.为了简化仿真过程、提高仿真结果确性,摒弃复杂的物理仿真从导弹的功能仿真切入,注重导弹的识别、导引、控制、运动过程.首先建立基于三自由度的导弹数学模型,简化导弹运动方程;其次将抗干扰方法分类,分析导引头进入抗干扰状态和没进入抗干扰状态抗干扰的不同机理;最后建立以导弹、诱饵、飞机为主体的仿真平台,以脱靶量、导弹轨迹、抗干扰概率做为仿真结果的评价.仿真结果表明,仿真的红外空空导弹模型简单、易于实现、抗干扰结果与真实导弹接近,能够满足空战评估的基本要求.     

利用序列图像解算目标视线角速率的方法

针对目标跟踪处理系统中的视线角速率提取问题,提出一种利用单成像探测器所得序列图像求导视线角速率的方法。利用序列图像中的运动目标图像坐标解算得到体视线角,通过图像匹配得到弹体姿态角,进而求解得到视线角速率。实验结果表明:结合图像跟踪算法可实时得到体视线角,使用图像匹配可以较好地解算得到弹体姿态角,解算结果误差小于5%;在体视线角和弹体姿态角均包含噪声的前提下,使用卡尔曼滤波可以较好地还原视线角速率。该方法适用于微小型飞行器制导探测,可以省去陀螺仪等惯性元件,实现探测装置的轻量化、小型化,具有实际的应用价值。     

基于兴趣点的红外成像末制导精确跟踪算法研究

针对目前基于飞机前端的跟踪方法不稳定和毁伤概率较低的问题,探讨了一种基于兴趣点的飞机跟踪方法。 该方法能稳定地跟踪目标,不易丢失目标,并且提高了对目标的毁伤概率。该方法先用正弦编码方法将红外灰度图像转换 成伪彩色图像,从中得出从机身前端到发动机之间的温度跳跃区域,然后以该区域的中心为跟踪点完成导弹对飞机的末端制导。     

红外成像器视线漂移的自适应补偿研究

成像器视线稳定回路设计是一种高精度、高动态响应的伺服回路设计,对于速率陀螺稳定方案,视线的漂移角处于开环状态,由于轴间摩擦耦合、几何约束耦合,以及速率陀螺传感器测量精度的影响,成像器视线在载体扰动的条件下会发生视线角漂移,影响目标的识别.为实现较好的视线稳定精度,提出了一种自适应前馈补偿方案,通过自适应神经网络预测出光轴的漂移角,采用前馈实现对视线漂移的实时补偿,通过与单独的速率陀螺稳定方案、积分前馈补偿方案进行试验对比,结果表明采用自适应预测补偿方案,视线漂移明显减小,满足系统的指标要求.