捷联成像导引头相关跟踪算法研究

捷联式成像导引头的光学探测基准随弹体姿态运动而动态变化，其目标图像的运动形式呈现复杂的非线性时变特性，传统扩展卡尔曼滤波(EKF)方法难以有效地针对目标运动模型进行波门设置及视线估计。为此，本文首先建立了以目标机动在惯性成像坐标系内的投影为输入，弹体姿态信息作为时变参数的目标帧间运动模型，并在此基础上提出了一种新的相关跟踪算法。该算法通过应用中心差分卡尔曼滤波( CDKF)理论有效解决了成像跟踪中的波门设置问题，提高了目标位置的估值精度，同时提出一种改进的变尺寸模板更新策略，抑制了目标图像的形变和模板漂移对匹配精度的影响，进一岁提高了系统的跟踪的精度，并通过仿真验证了算法的良好跟踪性能。     

无刷电机中电枢反应对换向电动势相位的影响

分析了电动势换向无刷直流电动机中电枢反应对换向电动势信号相位的影响，实验结果验证了分析的正确性。     

陀螺飞轮信号的EMD/LPF混合去噪方法

为提高陀螺飞轮系统的标定与辨识精度进而保证姿态测量性能,对其信号去噪方法进行研究以便从复杂噪声中提取标定辨识所需的有用信息.首先基于噪声产生机理对陀螺飞轮信号的噪声特性进行分析.其次,在不影响信号低频特性的前提下,采用传统低通滤波（LPF）方法对信号进行预处理以抑制高频周期噪声.然后应用经验模态分解方法（EMD）对LPF预处理后的信号进行分解,根据信号和各模态分量的概率密度函数的相似性度量,给出一种模态判定准则.在此基础上,结合现有阈值滤波方法,提出一种EMD/LPF混合去噪方案. 结果表明:所提出的基于相似性度量的模态判定准则在不同信噪比条件下均能够实现分界点的准确判定;将所研究的去噪方法分别应用于标准测试信号和陀螺飞轮实测信号;所提出的混合去噪方法相比于现有去噪方法更为有效.     

基于可学习EKF的高超声速飞行器航迹估计

临近空间高超声速目标因具有高速、大机动、全球到达的特点,已成为国防安全的一类新型威胁.此类目标具有非惯性的航迹形式、并可进行复杂的策略性机动,给其航迹估计带来了新的挑战.为应对目标的机动特性,提升航迹估计性能,将循环神经网络与扩展卡尔曼滤波深度嵌合,提出了基于可学习扩展卡尔曼滤波的航迹估计方法.首先,通过分析目标机动特性,建立了参数化的目标机动模型.然后,考虑目标复杂机动特性对航迹估计造成的影响,将循环神经网络与扩展卡尔曼滤波深度嵌合,提出了可学习扩展卡尔曼滤波方法.通过使用已有航迹数据进行训练,所嵌入的两个循环神经网络,可发现目标机动的隐含规律,并对目标复杂机动所引起参数与模型不确定性的进行在线识别与动态补偿.最后,以某临近空间高超声速目标的航迹估计为例,选取典型机动场景,对所提出方法与EKF、AEKF等传统方法进行了对比分析. 分析结果表明,所提出的可学习扩展卡尔曼滤波方法可有效应对目标复杂的机动,具有比EKF、AEKF方法更高的估计精度和更优的估计动态性能.     

Inverse kinematic optimal design of 6-DOF parallel manipulators

To obtain the required articular velocities as lower as possible for the given kinematics of the moving platform, this paper focuses on this kind of articular velocities optimization of 6-DOF parallel manipulators. Based on the inverse kinematic analysis, the H∞ norm of the weighted Jacobian matrix was adopted as the performance index to minimize the articular velocities, and then the optimal design problem was formulated to find a manipulator geometry that minimized the global performance index with the constraints of the workspace and structural parameters limits. Since the optimal design problem is a constrained nonlinear optimization problem without explicit analytical expressions, the genetic algorithm was applied to numerically solve the problem. Simulation results indicate that the articular velocities of the optimal manipulators can be the minimum while the kinematic reauirements of the moving platform are satisfied.     

直接侧向力与气动力复合控制导弹脱靶量分析

大气层内姿控式直接侧向力控制导弹末制导系统存在气动力控制与复合控制之间的切换,在这种特殊情形下引入有限时间广义H2方法进行脱靶量分析.根据复合控制导弹末制导系统数学模型,研究了切换情形下的零效脱靶量与制导系统关键参数之间的关系,分析了直接侧向力启控时间、有效导航比、修正比例导引系数以及目标估计环节时间常数对零效脱靶量的影响.分析结果为制导末端直接侧向力启控时间的确定和修正比例导引律参数的选择提供了有力依据.     

一种空间拦截导引规律的设计

引用趋近律及自由递阶控制的概念,研究了简约型非线性系统的变结构控制问题,给出了一种非线性切换函数σ(x)的确定方法。在推导出拦截器与目标相对运动方程的基础上,基于变结构控制方法设计了一种非线性导引规律。结果表明,比例导引规律是该非线性导引规律的特例,仿真结果证实了该非线性导引规律的优越性。     

位置伺服系统量化效应引起的振荡问题

针对位置传感器量化非线性造成的位置伺服系统极限环振荡问题，研究了在量化非线性和死区非线性共同作用下系统趋于稳态时的特性。采用单回路多非线性系统的描述函数方法给出了振荡时力矩死区同位置传感器量化阶之间的关系，并求得了能使系统镇定的死区范围，提出了以伺服误差的方差作为评价指标的寻优判据，采用数值方法解得使系统镇定的最小死区。仿真结果表明，在量化非线性和所求得的最小死区共同作用下，原有位置伺服系统在稳态时可以避免振荡。     

仿真转台系统非脆弱鲁棒控制器设计

针对被控对象和控制器同时摄动时的鲁棒控制问题，基于H∞混合灵敏度理论，提出了仿真转台控制系统的非脆弱鲁棒控制器设计方法，研究了采样周期波动引起的控制器不确定性，给出了不确定加权函数的获取方法。将控制器不确定性转化为广义对象的不确定性，通过修改广义对象不确定性权函数和性能权函数，将非脆弱鲁棒控制设计问题转化为H∞混合灵敏度设计问题，采用单纯形方法，对H∞性能指标约束寻优得到非脆弱鲁棒控制器参数。仿真结果表明，当系统负载增加10％和采样周期波动0．2ms时，系统仍满足频响要求且控制量不饱和，证实了非脆弱鲁棒设计方法是有效的。     

捷联成像寻的器视线重构

分析和比较了捷联成像寻的器提取视线角及视线转率的实现途径，通过充分利用寻的器和惯导系统提供的角速率信息，推导了惯性视线角的一阶动态方程，并结合Unscented卡尔曼滤波（UKF）理论给出了视线重构滤波器设计方法。与传统的视线和视线转率滤波方法相比，本丈所给出的方法无需应用成像寻的器无法观测的弹目距离和接近速度信息，也无需对未知目标机动进行建模，从而更方便于应用。仿真的结果验证了该方法可有效地重构视线角，从而进一步提高视线转率的估计精度。