未来新一代的战术制导武器——谈捷联寻的器与捷联寻的制导技术

本文详细介绍了西方技术先进国家长期致力发展着的一种先进的战术武器技术，捷联寻的器和捷联寻的制导技术；美国二十年来的研究成果，技术途径和技术现状，论述了捷联制导与控制系统设计的新问题和新概念，指出这项技术综合体现了现代高科技领域的多项技术进步，是武器制导研究领域的最前沿课题。它将使世界武器库中所有的战术制导武器的技术性能和战术运用方式经历一次巨大变革。     

捷联寻的弹药惯性视线重构及制导系统设计

捷联导引头测量信息中耦合了弹体姿态信息,无法直接运用于制导指令解算.基于下视的捷联寻的方案,建立了从探测视线信息和弹体姿态信息中提取惯性视线角的理论解耦模型以及在倾斜稳定情况下的简化形式.通过非线性微分滤波器——跟踪微分器获得平滑的惯性视线角速率,设计了捷联寻的弹药制导综合系统.弹道仿真结果表明:基于下视的捷联寻的方案能够有效实现近程制导弹药的精确制导,具有一定的工程价值.     

半捷联图像寻的制导系统导引信息构造方法

半捷联导引头的动力学数学模型非线性比较严重,EKF(Extended Kalman Filter)滤波不能满足高精度制导要求。本文采用UKF(Uncented Kalman Filter)滤波方法对框架角速率进行估计,同时结合弹上IMU测量得到的弹体角速率信息以及图像探测器处理得到的目标在像平面上的位置信息,构造导弹的准比例导引信息。通过仿真对比了基于EKF和UKF的框架角速度滤波估计精度,进行了基于UKF的导弹三维飞行仿真。结果表明,基于UKF滤波方法所构造的制导信息精度较高,能够满足导弹精确打击需求。     

捷联寻的制导技术在近程制导火箭中的应用

结合近程制导火箭特点,研究了捷联寻的制导关键技术,如捷联导引头信息处理、捷联寻的与制导控制一体化设计、导引规律设计等。基于某在研近程制导火箭的数学模型,采用UKF滤波器提取视线角速率,提出了制导控制一体化设计思路,采用蒙特卡罗法分析了低成本捷联寻的制导技术应用的可行性。仿真结果表明,制导精度满足设计要求。     

全捷联导引头解耦技术方法

针对全捷联导引头探测器与弹体固联,不能直接获取惯性视线角速率的问题,系统地对多种具有代表性的解耦方案和视线角速率重构方案进行了分析,其中包括附加速率补偿法、抖动自适应法、相控阵雷达前馈补偿法和卡尔曼滤波法,并对各方案进行了对比研究,总结了其在工程应用中存在的问题。此外,对全捷联导引头解耦方案的工程化研究方向进行了探讨。     

红外目标图像的复合特征跟踪算法

红外目标图像跟踪系统中应用单一特征跟踪算法,易造成跟踪点漂移和目标丢失。提出目标图像的复合特征跟踪算法,综合利用目标图像的灰度特征和点特征,联合灰度特征的易用性和点特征的空间不变性,分别克服单一特征易受光照、噪声干扰,以及实时性较差等方面的不足。提出了复合特征联合匹配的算法流程和权值分配策略,通过仿真试验对比三种方法的目标跟踪性能,证明了该算法的有效性。     

背景干扰下的捷联图像导引系统目标跟踪方法

在捷联图像导引系统目标跟踪过程中,针对跟踪前期弹目距离较远、跟踪目标在背景图像中所占的区域较小、易遭受背景信息干扰,提出了一种新的基于Mean Shift算法的目标跟踪方法.该算法通过对目标模型做背景直方图加权变换和对目标候选模型做倒数加权变换,显著降低了Mean Shift目标跟踪算法迭代过程中背景信息所占的比重,有效抑制了跟踪区域中背景信息对目标定位的干扰,提高了目标的跟踪精度.实验结果表明,该算法与经典算法相比,迭代次数低、单帧处理时间短,可应用于捷联图像导引系统目标跟踪的前期阶段.     

跟踪窗自适应的捷联导引系统目标跟踪算法

捷联图像末制导导弹在跟踪的后期阶段,弹目距离和成像视角的变化会引起图像尺度和旋转变化,目标区域将由小变大直至充满整个视场。针对经典的Mean Shift算法在图像制导目标跟踪过程中不能自适应目标的尺度和旋转变化这一问题,研究了一种跟踪窗自适应的Mean Shift目标跟踪算法。对初始选定的椭圆目标跟踪区域和候选区域进行加权操作,并利用权值图像的零阶矩和Bhattacharyya系数,对真实目标面积进行精确估计。利用估计出的目标真实面积,并结合权值图像的2阶中心矩进一步构建可表达目标窗口内图像特征的协方差矩阵,再通过奇异值分解建立椭圆面积与协方差矩阵特征值之间的关系,从而计算出椭圆目标区域实际的主轴长度和方向,实现跟踪窗的自适应变化。仿真实验结果表明,该方法既具有Mean Shift算法精度高、实时性好的特点,同时又扩展了Mean Shift算法在目标发生尺度和旋转变化时的自适应能力。     

采用捷联寻的和直接力控制的制导技术研究

以超低空拦截导弹为背景,提出了一种捷联寻的直接力控制的制导控制系统设计方法。根据直接力控制的导弹动力学特征,给出了导弹弹道倾角的实时估算方法,实现了捷联寻的拦截导弹的积分式比例导引。为达到精确控制的目的,基于冲量相等原则,提出了脉冲发动机的点火个数及点火角度的计算方法。仿真结果表明：提出的捷联寻的直接力控制的超低空拦截导弹的制导控制系统设计方法是正确可行的,系统控制精度较高,满足了武器系统反应快、成本低、精度高的要求。     

多特征联合匹配的目标图像稳定跟踪算法

针对图像制导目标跟踪系统中应用单一特征跟踪算法,由于特征不稳定而造成的跟踪点漂移,甚至目标丢失等问题,提出多特征联合匹配的目标图像复合跟踪方法.分析了分别单独使用灰度特征或者点特征进行目标跟踪存在的问题;通过归纳常用的目标跟踪算法与特征类型的对应关系,依据经验给出了几种多特征组合方案;以灰度特征和点特征作为多特征联合匹...     

一种捷联式图像导引头的解耦算法?

捷联式导引头与弹体固联,弹体姿态的扰动会导致目标在图像中的位置呈现复杂的运动特性。为了实现对目标的稳定跟踪,必须扩大导引头的搜索范围,从而降低了目标跟踪算法的实时性。文中建立了捷联式图像导引头的解耦模型,并提出了一种弹体姿态的解耦算法,利用惯性设备采集到的实时姿态角等信息进行了仿真验证。仿真结果表明算法可稳定的实现目标的实时跟踪。     

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。     

捷联成像导引头隔离度寄生回路及其内部动力学影响研究

针对捷联成像导引头实际工程应用中的隔离度寄生回路问题,分析了隔离度寄生回路产生的原因,建立了可反映不同内部动力学结构的制导回路及其隔离度寄生回路模型。通过无量纲化法,研究了无量纲剩余制导时间、不同内部动力学和导引头延时对隔离度寄生回路稳定域的影响。利用无量纲伴随函数法,研究了隔离度及其不同内部动力学对比例导引制导系统的影响。研究表明,刻度尺系数误差引起隔离度寄生回路正反馈稳定域受制导剩余时间的影响,隔离度负反馈的稳定域受到制导系统内部动力学影响;相位滞后引起的隔离度寄生回路稳定性主要受导引头延时的影响。隔离度正反馈对比例导引制导系统影响大于负反馈,脱靶量随着隔离度水平的增大而加大。制导系统内部动力学结构影响制导系统精度。     

一种基于特征匹配的目标识别跟踪方法

针对复杂背景下的动态目标跟踪问题,提出了一种基于边缘检测,综合多图像特征与伺服机构位置信息进行匹配的目标识别跟踪方法。利用SUSAN算法检测边缘,提取出单帧图像中的可疑目标,依次选用灰度、目标几何、伺服机构位置信息和边界不变矩信息匹配,完成目标的识别。采用kalman预测滤波对脱靶量滞后时间进行补偿,选用目标空间位置进行多步预测,引导伺服机构跟踪。外场实验表明,该方法能有效她匹配识别出目标,并保持连续稳定的跟踪。     

基于数学形态学的红外图像预处理算法分析

红外图像预处理是红外图像信号处理过程中的一个重要步骤,而选择一个好的滤波算法是预处理的关键。本文采用几种典型的预处理算法对海上舰船目标的实测红外图像进行了处理,并以数学形态学滤波为主,着重对比和分析了不同的结构元素对滤波效果的影响。实验结果表明,结构元素的选取对数学形态学滤波至关重要,应根据不同的背景和目标的特殊性作出综合分析,从而使预处理的效果更加显著。     

被动式半捷联平台的动力学模型及其稳定性分析

在某些高速滚转的制导炮弹中,捷联式惯性测量系统无法同时满足测试精度与量程的要求。被动式半捷联平台可以通过隔离弹体滚转运动有效解决这一问题。通过对弹体及被动式半捷联平台进行力学分析建立了半捷联平台内筒的动力学模型,通过4阶龙格-库塔法对动力学模型进行了数值求解,得出不同弹体俯仰角下平台内筒的滚动角度和角速率值。在三轴高速转台上进行了地面半实物仿真实验,转台实验结果与数值计算结果相符。计算及实验结果表明弹体飞行俯仰角越小,平台内筒的滚动角度和角速率就越小,被动式半捷联平台就越稳定。本研究适用于常规弹药的制导化改造,具有一定的工程应用价值。     

基于CCD成像技术的枪械射击准确度验收系统

枪械射击准确度是枪械验收的一项重要指标。为提高验收精度、降低验收成本,针对现有验收方法的不足,研制了视频枪械射击准确度验收系统。系统以图像识别为基础,采用图像处理方式检验瞄准线与枪管轴线的角度关系。计算并试验验证了系统精度,结果表明:验收系统精度约为0.26 mil,优于现有验收方法的精度。     

红外成像制导末端局部图像识别跟踪研究

针对红外成像制导末端目标图像充满导引头视场影响目标识别跟踪的问题,提出一种红外成像制导末端局部图像识别跟踪的方法。分析了红外成像制导原理;选取了高亮区比例、灰度标准偏差、长宽比、紧凑度和复杂度等5个特征量作为特征提取和目标识别的依据,提出适合导弹的目标快速识别算法;通过计算红外成像制导末端目标图像,在导引头焦平面上的投影面积的变化情况,分析了弹目距离与相对速度对目标图像变化情况的影响,研究了形心跟踪到局部图像跟踪的转换时机。综合考虑了可靠性和实时性要求,选取飞机机头作为局部图形跟踪的跟踪点;搭建红外成像制导仿真场景,对所提出的方法进行仿真分析。仿真结果表明：该方法能够有效地识别图像中的目标,减小红外成像导引头跟踪盲区,实现红外成像制导末端的平稳跟踪。     

一种基于INS的攻角和侧滑角测量算法

以飞航导弹武器系统为应用背景,提出了一种基于惯性导航系统（INS）的攻角和侧滑角测量算法,能够在不增加弹上传感器设备和不改变弹体结构的条件下实时估算出攻角和侧滑角.为了实现该算法,建立了大气边界层内风速的仿真模型,研究了风速的实时估算算法以及一种基于INS/GPS组合导航系统的简化Sage-Husa自适应滤波算法.理论分析和仿真结果表明,该算法具有较高的精度、良好的实时性和稳定性.