基于自抗扰技术的红外成像导引头控制器设计

研究导弹的红外精确制导问题.红外成像导引头具有抗干扰能力强、制导精度高、全天时工作以及可进行自动目标识别等特点.由于弹体的姿态扰动会造成红外成像导引头成像模糊,为隔离弹体姿态扰动对成像的影响,加强稳定性控制,提出采用自抗扰控制技术设计红外成像导引头稳定回路控制器.首先,在完成红外成像导引头稳定回路数学建模的基础上,采用扩张状态观测器对受扰后对象的状态和干扰进行估计.然后,采用非线性状态反馈,并对估计的干扰进行补偿,从而实现对指令的精确跟踪,并通过红外成像导引头稳定回路的仿真证明了所设计的自抗扰控制器具有很强的隔离姿态扰动的能力,表明设计方法有效性.     

被动雷达/红外成像制导数据融合系统仿真

数据融合是精确制导武器多模制导系统中的一项关键技术。为提供精确跟踪目标性能,建立了数据融合系统中数据校准等测量信息和制导信息融合等环节的数学模型,并结合精确制导武器仿真平台,构建了被动雷达／红外成像双模制导数据融合数字仿真系统。将构造的外部干扰模型引入数据融合仿真系统,仿真了双模精确制导武器在攻击目标的过程中雷达导引头和红外导引头遭遇外部干扰、测量输出发生异常突跳时融合系统融合处理制导信息的过程,结果表明融合系统在雷达或红外导引头测量输出发生异常的情况下通过估计和融合可以输出有效的制导信息,被动雷达／红外成像双模制导系统采用数据融合方案可以提高精确制导武器的抗诱偏和抗干扰能力。     

新型制导炸弹半实物仿真系统研究

针对新型制导炸弹滑翔增程和运动目标捕获问题,设计了新型制导炸弹半实物仿真系统。分析了系统的软硬件设计、功能流程、提出了几项关键技术,并给出了解决方案。该系统的实现能够为导引头的自动目标识别跟踪算法提供测试平台,并能作为新型制导炸弹滑翔增程技术和制导方式的验证平台。     

基于HLA的主被动雷达导引头复合制导仿真系统

结合主被动导引头复合制导工作原理,设计了基于高层体系结构( HLA)分布式协议的仿真框架,分析并建立了导引头、信息融合、干扰等关键模块的数学模型,构建了主被动雷达导引头复合制导仿真评估与视景显示系统,进行了导弹攻击海面机动目标典型场景的仿真,实验结果表明本系统的研究开发可为主被动复合制导效能分析与评估提供平台和依据.     

反隐身防空导弹制导方法研究

由于目标的雷达散射截面积(RCS)存在各向异性,即在不同观测方向上目标的RCS不同,RCS的大小直接影响导弹导引头的探测距离。研究防空导弹打击隐身目标的问题,为使导弹导引头探测目标的距离达到最远以达到良好的反隐身效果,导弹从隐身目标RCS最大的方向探测并跟踪目标。这就给反隐身防空导弹的制导律提出了入射角要求。本文依据该需求,根据导弹和目标的实时运动轨迹,设计一种基于比例导引律和带终端角度约束导引律的制导方法。仿真结果表明:该制导律可以实现以特定的入射角攻击目标,从而提高导弹的反隐身效果。     

VXI总线导弹导引头模拟与自动测试系统

导弹导引头的研制、生产和测试是一个相当复杂和精密的过程。为了试验及验证导引头设计正确性和工作稳定性，提出了基于VXI总线的导弹导引头角跟踪回路模拟与测试系统，能够以半实物模拟导引头跟踪系统工作的物理过程，可以对真实导引头跟踪通道参数进行测试。实验结果表明，该系统达到设计要求，运行良好。     

基于BP神经网络的捷联导引头控制系统设计

滚仰式捷联导引头稳定平台控制器的设计,是导引头完成闭环控制对机动目标实现快速稳定跟踪的关键.导弹在对目标进行跟踪攻击时弹体本身常常处于复杂的运动状态,这就对滚仰式捷联导引头的稳定控制产生严重影响.针对这一问题,提出了一种基于BP神经网络的PID控制器用于滚仰式捷联导引头位置回路校正环节,建立了导引头稳定与跟踪一体化仿真模型.仿真结果表明,针对滚仰式捷联导引头设计的基于BP神经网络的PID控制器的动态性能优于传统PID控制器,由此建立的导引头稳定与跟踪一体化仿真模型可以实现对导引头的闭环控制,能够对机动目标实现快速稳定的跟踪,在实际工程应用中为滚仰式捷联导引头的控制提供有益的参考.     

半实物仿真中导引头安装误差的影响分析

研究雷达导引头对导弹制导系统控制的影响,采用在导弹半实物仿真系统,对导引头安装误差会引入闭环仿真回路,使得制导控制系统性能发生变化,影响半实物仿真的逼真度.以雷达导引头安装误差引起的目标视线角误差为研究对象,深入分析误差产生原理并建立了误差数学模型,在分析其对制导控制系统影响的基础上,提出了解算前误差修正和目标辐射位置修正两种形式的误差补偿算法.仿真结果表明,两种算法均可解决导引头安装误差带来的目标视线角误差问题,在实际工程中可根据系统具体特点及仿真要求对误差补偿算法进行选择,都可取得较好的结果.     

基于CPCI总线的雷达导引头测试系统设计与实现

雷达导引头是空空导弹的核心部件,实现导弹探测、制导和控制等功能,其性能的优劣直接影响着导弹跟踪和截获目标的准确率;为了全面测试空空导弹雷达导引头,设计开发了一种基于CPCI总线的雷达导引头测试系统,并完成了软硬件设计;硬件部分完成了调理电路的设计、外设的搭建以及硬件电路方面的可靠性设计;软件部分协调控制雷达导引头、角位置模拟器、回波模拟器和转台,通过部件之间数据流的传输,完成了各个模块的测试功能;该系统能够真实模拟雷达导引头的工作环境,设置导引头参数,接收处理导引头发回的信息,进而测试雷达导引头的精度、灵敏度、可靠性等指标;实际应用表明,该系统工作性能良好,可靠性高,能够长期稳定运行,达到了设计要求。     

空空导弹制导跟踪控制器设计及其仿真

空空导弹的制导跟踪特性直接影响到导弹对目标的攻击精度;针对空空导弹控制系统的高度非线性、强耦合等特性,运用非线性控制的逆系统方法设计导弹制导稳定跟踪器,并在建立导弹质心运动数学模型和仿真的基础上,对比施加干扰和未施加干扰情况下的数值仿真结果;仿真结果表明,系统收敛速度满足要求,且具有一定的抗干扰能力,能保持稳定跟踪。     

基于RGB-D传感器的移动机器人目标跟踪系统设计与实现

研究基于开源机器人运行系统ROS(Robot Operating System)架构的移动机器人目标跟踪系统的设计与实现。考虑目标人检测的准确性和跟踪鲁棒性的需要,首先对跟踪目标进行特征提取,并利用深度信息实现基于最近点位置信息的目标跟踪。跟踪过程中通过欧氏聚类法去除噪声信息,在深度信息无法解决干扰物影响跟踪效果的情况下,使用基于颜色信息的Cam-Shift跟踪方法实现目标跟踪,提高了系统抗干扰能力。实验结果验证了该系统的可行性和稳定性。     

基于FPGA的高帧频图像跟踪系统设计

针对高速运动的导弹末端制导、弹道实验或机载武器姿态跟踪中目标图像模糊及跟踪精度较低的问题,给出一套基于CMOS高帧频图像传感器与FPGA的高速图像跟踪系统。在FPGA中采用流水线方式,设计了的图像采集模块、乒乓高速缓存模块、图像处理及跟踪控制模块,采用动态阈值分割法获取目标,计算出目标形心偏移图像视场中央的偏移量,依据二维视场的偏移量控制云台跟踪目标。实验结果表明,该系统能够有效获得高帧频图像传感器数据,数据读出速率可达80Mb/S,提高了系统跟踪精度。     

风浪流干扰及参数不确定欠驱动船舶航迹跟踪的滑模鲁棒控制

针对欠驱动船舶的模型参数不确定和外界风浪流干扰问题,为实现水平面的航迹跟踪控制,提出了一种基于上下界的滑模控制方法.首先利用反步法将控制器的设计分解为运动学回路和动力学回路.其次,在运动学回路中为实现位置跟踪误差的收敛,根据期望航迹与当前位置信息,设计船舶的纵向与侧移参考速度,并视为镇定位置误差的虚拟控制律;在动力学回路中,将虚拟控制律作为新的跟踪目标,利用滑模方法设计实际控制律实现对参考速度的跟踪控制,最终实现了欠驱动船舶的跟踪控制.最后对有无干扰下的欠驱动船模分别进行了仿真实验,仿真结果证明了控制律的有效性.     

红外制导半实物仿真及目标模拟器研究

导弹仿真技术为红外制导导弹提供了一个精确、可控和可重复的试验条件,而半实物仿真作为仿真技术的一种,除了可以提高系统的研制质量以外,还可使无法准确建立模型的实物直接进入仿真回路,并可直接检验制导控制系统各部分功能.利用红外目标模拟器系统,可为导引头性能测试提供一种方便、可行、价廉的实验手段,可提供不同气象条件、不同背景下的不同目标的红外特征,以便较全面地测试导引头的各种性能,并可节省大量的实验经费.针对红外制导导弹的半实物仿真系统进行了概述,并结合具体示例介绍了红外制导导弹半实物仿真系统组成.详细论述了一种带一个目标和两个干扰的点源红外目标模拟器的原理与实现.     

VMIC网络在红外导引头监控系统中的应用

针对反射内存网(VMIC)在自动测试领域的应用进行了研究,提出了通用VMIC网络信息传输协议的格式,采用面向任务对象的方法对网络通信中的状态监控、过程控制和容错机制等进行了软件设计;以分布式控制系统为模型设计了基于VMIC网络的红外导引头监测和控制系统,实现对导引头工作数据的高速传输和实时监视,并能通过控制放置跟踪目标的三轴转台与导引头形成开环跟踪状态,以完成对导引头跟踪性能的评估;该系统具有良好的实时性、可靠性和可扩展性,在实际使用中体现了较高的应用价值。     

侵彻型制导炸弹垂直攻击末制导律研究

侵彻型制导炸弹不仅要求较高的制导精度,而且要求命中目标时具有较大的弹着角.针对加装导引头的侵彻型制导炸弹垂直命中目标的要求,设计了一种非线性制导律,建立三维空间弹目相对运动的非线性模型,根据非线性系统输入输出解耦控制思想,并充分利用弹上组合导航系统和导引头提供的丰富制导信息,设计了一种能够保证弹目视线角速度趋于零,同时保证视线倾角趋于垂直的非线性制导律.仿真结果表明,上述制导律能够满足脱靶量和侵彻型制导炸弹对末端弹道倾角及攻角的要求,性能优于传统的带落角约束的最优导引律.     

融合HOG与ARMA模型的粒子滤波跟踪

传统的粒子滤波算法在跟踪目标受到相似背景干扰和遮挡或跟踪目标高速运动时,容易造成跟踪误差增大或跟踪失效的影响。针对室外运动目标跟踪的复杂性,提出一种对于干扰适应性较强的融合梯度方向直方图与自回归移动平均(ARMA)模型的粒子滤波跟踪方法。建立ARMA运动模型,用前两帧目标的位姿状态预测目标下一帧的状态,解决目标跟踪的角度变化与部分遮挡问题。实验结果表明,该模型能克服光照突变引发目标色彩突变的问题。     

考虑自动驾驶仪动态特性的三维双环制导律

针对导弹自动驾驶仪动态特性条件下的机动目标拦截问题,基于非线性干扰观测器和命令滤波器设计一种新的三维双环制导律.将制导系统解耦为外环系统和内环系统.其中:外环控制器产生虚拟制导指令,以零化球坐标系下的弹目法向相对速率;内环控制器产生真实制导指令,以实现导弹自动驾驶仪对外环虚拟指令的快速跟踪.由于外环命令滤波器同时计算出虚拟制导指令的一阶导数和二阶导数,三阶系统的制导律设计问题仅用两步即可完成.拦截高速高机动目标的仿真结果表明,所设计的制导律能够有效补偿导弹自动驾驶仪动态特性影响,抗目标机动鲁棒性强,制导精度优良.     

航天器GNC系统单脉冲雷达闭环仿真方法研究

单脉冲雷达是航天器GNC系统中对目标测量的关键设备,在GNC系统闭环仿真中需要将雷达实物接入系统半实物仿真回路,针对现有的雷达闭环接入方式存在的如场地需求大、设备需求多等缺点,提出了一种射频模拟和星地同步角闭环跟踪闭环仿真方案。方案实现简单,设备需求小,对试验环境要求(如微波暗室)少,可适用多种场合。试验表明,上述方案合理可行,目标模拟精度高,能够满足雷达正常跟踪目标,连续稳定输出测量数据的需求,实现雷达在环的导航和制导控制半实物仿真验证。     

基于DSP的弹载导引头软件设计与实现

为满足弹载计算机对导引头软件的实时性要求和实现红外导引头的自主寻的跟踪功能,基于主从DSP的硬件架构完成了红外导引头软件的设计与实现;其中,ADSP2187N为从DSP,负责接收外部输入并形成目标识别所需的各类信号;TMS320C6414为主DSP,负责接收ADSP2187N发送的信号,并完成目标检测、识别、跟踪等功能;串行加载软件完成导引头软件的自动加载运行及后续升级;半实物仿真试验中,导弹稳定跟踪并命中目标,试验结果表明导引头软件各模块工作正常,满足了系统的功能和性能要求。