捷联末制导系统的控制与滤波模型研究

以半捷联寻的制导武器为对象,研究了捷联末制导系统中的捷联控制算法和制导信息滤波模型。首先分析了捷联末制导系统的工作原理,给出了捷联天线稳定平台的跟踪控制算法,然后针对捷联控制算法对目标视线角信息的需求,考虑仅有角度测量的被动制导情况,提出了一种基于M arkov随机模型的机动目标跟踪模型,通过推广Kalm an滤波技术可以获得目标视线角的估计。因为捷联末制导系统无法直接测量目标视线角速度,为了满足弹上比例导引的需要,提出了一个末制导系统角跟踪通道的数学模型,该模型可以采用常规的Kalm an滤波算法获得目标视线角速度的估计值。最后,通过一系列数学仿真验证了上述方法的有效性。     

捷联导引头积分比例导引制导精度

积分比例导引制导是适用于全捷联半主动激光导引头的一种典型制导方案。为解决该制导方案下的命中精度分析问题,提出了一种基于伴随法的精度分析方法。首先,建立了积分比例导引制导律模型,并给出了一种具有较强工程实用性的积分比例导引制导律实现方法;其次,在分析制导回路各项误差源特性的基础上,利用伴随法得到了各误差源对脱靶量的影响。分析结果表明,制导精度与比例导引导航比、自动驾驶仪的动态特性密切相关。得到的结论可以为工程上利用全捷联半主动激光导引头进行制导提供重要参考。     

捷联式光学导引头特性与多维度最优制导律

为实现捷联式光学成像导引头与制导系统一体化设计,建立了全捷联制导与控制系统,根据捷联导引头特性进行制导与控制原理研究。首先,建立了全捷联导引头与陀螺的数学模型;接着,针对捷联导引头无法精确提取视线角速率的问题,提出姿态驾驶仪与视线角积分比例导引相结合的控制与制导方案,并分析了导引头体视线角、刻度因数、导航比和系统稳定区域之间的关系;然后,推导了全捷联制导系统最优制导律以提高制导系统响应速度;最后,进行了控制与制导系统飞行仿真,仿真结果表明:捷联式制导与控制系统能对静止与运动目标（速度为60 km/h）进行有效攻击,最大射击误差分别为1.49 m与2.62 m;系统误差、陀螺零偏与零偏稳定性对制导系统精度影响较大。捷联导引头制导与控制系统能满足空对地系统对静止与低速运动目标的攻击要求。     

探测器和角速度陀螺的噪声及刻度尺误差对捷联探测器积分比例导引系统的影响研究

在任何光电测量设备中都存在噪声和刻度尺误差,尤其对于采用捷联探测器积分比例导引制导方式的制导弹药系统,噪声和刻度尺误差是影响系统性能的两个重要因素.本文主要研究了探测器和角速度陀螺的噪声及刻度尺误差对捷联探测器积分比例导引系统性能的影响,得到了许多有价值的结论,这些结论在工程实用中具有重要的意义.     

一种电视制导无人机大落角对地攻击末制导律

针对电视制导无人攻击机对地面运动目标进行攻击的问题,提出了一种带落角约束的自适应滑模变结构末制导律.该制导律通过引入基于弹目视线角速度的反馈、弹目视线角与期望落角之差的反馈及变结构项实施控制;通过合理调整三者的比例关系,可以满足制导精度和落角的双重要求.仿真实验结果表明,该制导律对地面运动目标的速率变化具有较强的鲁棒性...     

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.     

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。     

考虑目标主动防御的空地弹药微分对策制导

针对攻击弹如何在地面目标发射防御弹的情况下对目标进行有效打击的问题,建立了三方博弈交战运动学模型,构造了融合脱靶量和需用过载的目标函数,提出了一种考虑一阶自动驾驶仪动力学的微分对策制导律。在防御弹采用三点法制导拦截的前提下,分别对攻击弹以比例导引和微分对策制导的制导策略进行仿真验证,最后通过分析过载约束和终端条件证明了所提方法的有效性。     

地空导弹的新型非奇异终端滑模导引律

针对导弹拦截机动目标有限时间约束问题,在末端制导阶段,考虑自动驾驶仪动态延迟特性建立弹目拦截系统数学模型,对于传统终端滑模导引律存在的奇异问题导致的导弹制导稳定性差等问题,提出了基于改进的扩张状态观测器的新型非奇异终端滑模导引律.该方法能够确保视线(LOS)角速率在有限时间内收敛到零,且在平衡点处快速收敛;为了避免传统...     

半捷联雷达导引头视线角速度提取

在雷达导引头小型化的应用背景下,半捷联雷达导引头省去了稳定平台上的速率陀螺,满足了降低成本和减小体积的要求。与光学导引头相比,雷达导引头还可以获得弹目相对距离,综合距离与角度跟踪信息可以进一步提高信号输出品质。但半捷联雷达导引头无法直接获取用于比例导引的目标视线角速度,本文提出在天线坐标系下建立目标视线微分方程,利用自适应卡尔曼滤波进而结合导弹弹体扰动信息、天线相对运动信息重构视线角速度信号,用于比例制导系统。     

捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计

为准确估计捷联导引头视线角速率,建立了全捷联导引头数学模型,根据弹目运动相对关系进行视线角速率解耦与估计算法研究。首先,建立了全捷联导引头数学模型,并利用Taylor 级数对其进行线性化;接着,根据弹目运动几何学与坐标系相对关系推导视线角速率解耦算法;然后,针对捷联导引头无法直接测量体视线角速率的问题,提出微分+稳态Kalman 滤波方法估计体视线角速率;最后,建立视线角速率解耦与估计算法验证系统并进行仿真实验,结果表明:解耦算法绝对误差小于510-5 rad/s,相对误差小于0.3%,验证了解耦算法的正确性;在包含导引头数学模型的条件下,采用角频率为19.2 rad/s 的稳态Kalman 滤波器,视线角速率估计误差小于410-3 rad/s,较直接微分方法的估计误差提高近一个量级。视线角速率解耦与估计算法同时能满足制导系统对精度与动态性能的要求。     

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。     

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。     

单兵全捷联图像制导弹药制导信息估计技术

针对全捷联图像导引头无法直接得到惯性系下的视线角速率问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波的制导信息估计算法。首先推导了理想条件下视线角速率的解耦公式。进而基于扩展卡尔曼滤波方程,建立了全捷联体制下的制导信息估计模型,结合单兵便携式制导弹药的作战使用模式,通过蒙特卡洛打靶进行了精度仿真分析。最后通过半实物仿真实验对制导系统的闭环可行性进行了验证。结果表明,通过该算法估计得到的制导信息可以满足全捷联制导弹药命中精度的要求,全捷联图像导引头结合制导信息估计算法的技术途径具有较高的工程价值。     

全捷联对地攻击制导武器导引头隔离度对制导系统性能的影响

针对全捷联图像导引头隔离度问题,分别推导了由探测器和角速率陀螺之间的刻度尺系数误差及动力学偏差引起的隔离度传递函数;采用系数冻结法及劳斯判据分析了含有隔离度寄生回路的制导系统稳定区域,给出了不同无量纲末导时间下制导系统稳定时刻度尺误差和动力学偏差的取值范围;利用伴随函数法研究了隔离度对制导精度的影响。以上研究结果可以为全捷联制导武器制导控制系统参数设计提供参考,对于隔离度正反馈的情况应予以更多关注。     

舰载光电跟踪系统红外自动捕获技术

针对舰载光电跟踪系统动基座跟踪和复杂海面背景的实际特点,提出了一种基于数学稳像平台的视轴稳定技术.利用捷联式惯性导航系统和控制单杆的在线干预,在红外捕获跟踪器无脱靶量输出时,即可实现视轴动态瞄准的角度无静差控制.通过基于先验知识的目标捕获区域规划的方法避免了工作时复杂海面背景干扰带来的误捕获,提高了动基座条件下的目标自...     

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。     

基于理想弹道的全捷联弹药视线角估计方法

针对惯性测量元件不能满足低成本制导弹药作战需求问题,提出一种基于理想弹道的全捷联激光半主动末制导弹药视线角估计方法。该方法根据弹目相对运动模型及导引头量测模型建立非线性滤波系统;针对弹体运动参数在末制导段变化范围较小的特点,通过分析弹体运动参数对系统不确定性的影响,将理想弹道弹体运动参数标准值作为滤波系统参数;利用激光半主动导引头量测信息,结合容积卡尔曼滤波对弹目视线角进行估计。数字仿真实验结果表明:在小扰动条件下,弹目视线倾角与偏角末制导段的均方根误差分别为0.182与1.668,其最大估计误差分别为0.259与2.913,具有较好的估计精度与鲁棒性能。