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。     

基于角速度补偿的捷联天线稳定系统设计

研究了半捷联末制导系统中捷联天线稳定系统的设计原理和控制算法。首先分析了捷联稳定和陀螺稳定的本质区别与联系;然后基于弹体、导引头、天线的三维运动关系,提出了一种新型捷联天线稳定系统控制方案。使用框架角测量和惯导信息重构天线的绝对空间运动信息,并采用角速度补偿方法和数学稳定平台实现导引头天线的间接稳定,能够解决导引头在纯稳定和目标跟踪两种工作模式下的天线控制问题。最后通过数学仿真验证了所提方法的有效性。     

先进格斗导弹的制导信息提取

随着飞机性能越来越高,以及无人作战飞机、超音速巡航导弹、高超声速飞行器等新威胁的出现,未来战争对空空导弹的要求也越来越高,"更远、更快、更敏捷"就是其典型写真.为了实现导弹的快速性、敏捷性,先进近距空空导弹导引头一般采用由速率陀螺稳定或捷联稳定的万向支架平台构成稳定跟踪机构,这样的机构可以实现大的跟踪范围,很高的跟踪速度和加速度,但是其隔离弹体运动的能力需要仔细设计.导弹制导一般仍采用比例导引律,通常进行某种修正以提高导弹对付大机动目标的能力,视线角速率仍是制导的关键参数,需要认真考虑.对于先进近距空空导弹的视线角速率提取,有两点需要注意:一是在大离轴角(大于60.至90.)情况下视线角速率的获取可能需要特殊处理;二是从跟踪回路中何处引出要评估,以达到制导信息的高精度、低耦合、小延迟.限于篇幅主要讨论第二方面的问题.首先建立了平台跟踪回路的控制系统模型,并通过理论分析对回路中不同引出点得到的制导信号性能进行了比较,然后通过数字仿真对分析结果进行了验证,最后给出了制导信息提取方法的建议.     

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。     

滚仰式捷联导引头视线角速度提取技术研究

滚仰式捷联导引头具有很好的应用前景,但在过顶跟踪时提取稳定的视线角速度问题一直没有妥善的解决方法。提出一种利用导引头提供的失调角、框架角及框架角速度等信息构建"虚拟偏仰式导引头"的方法,设计Kalman滤波器对目标垂直视线运动信息进行估计,进而间接提取出视线角速度信息,用于产生制导指令。仿真结果表明,在过顶跟踪时该方法能有效抑制视线角速度抖动,视线角速度精度显著提高。     

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。     

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。     

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。     

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。     

半捷联式稳定平台隔离度影响因素分析

为了提高半捷联式稳定平台隔离性能,针对半捷联式稳定平台的隔离性能影响因素进行分析.使用Matlab数学工具箱建立了两自由度半捷联稳定平台数学仿真模型,结合理论分析与仿真结果进行研究.得出结论坐标转换、角度传感器件的零位偏差和非线性度等因素对平台隔离度影响较小,均未超过1%;数据刷新延时和惯性器件的数据刷新延时对平台隔离度影响最大超过2%.故工程设计中应着重降低数据刷新延时等重点影响因素.     

Variable structure control of nonlinear systems: a new approach

A new approach for the design of variable structure control (VSC) of nonlinear systems is presented. It is based on a new method called the reaching law method, and is complemented by a sliding-mode equivalence technique. They facilitate the design of the system dynamics in all three modes of a VSC system including the sliding, reaching, and steady-state modes. Invariance and robustness properties are discussed. The approach is applied to a robot manipulator to demonstrate its effectiveness     

Unstable horizontal transverse modes and their stabilization with a new stripe structure

Kinks in the light output and other anomalous characteristics in stripe-geometry lasers were studied. It was found that these anomalies were caused by unstable horizontal, parallel to the junction, transverse modes. Introduction of a refractive-index guiding by Zn-diffusion stabilized the horizontal mode and removed the kink and other anomalies completely.     

NEW APPROACH TO ELECTROMAGNETIC SCATTERING FROM A CONDUCTIVE DISC-RING STRUCTURE

A one-dimensional modified integral equation for electromagnetic scattering from a metallic concentric disc-ring structure is derived by using Fourier expansion and separating the contribution of charge density from conventional EFIE. In the case of normal incidence, the derived equation is very simple and easy to be solved numerically regardless of the electric dimension of the structure. The comparison between the data of RCS of a disc by using this method and analytical method shows the effectiveness of this approach. Numerical results are also given for current distributions and the scattered fields for a disc-ring structure.     

Robust speed control of a switched reluctance vector drive usingvariable structure approach

The robust speed control of a switched reluctance vector drive is presented in this paper. An approximate sliding-mode input power controller and another feedforward sliding-mode speed controller are combined with space voltage vector modulation. The resultant drive has rapid and robust speed response. In addition, a switched reluctance motor (SRM) drive incorporating the proposed controller requires only one current sensor and can be implemented in a low-cost 8-bit microcomputer and a few discrete integrated circuits. Furthermore, the controller does not require any offline characterization of the motor or load characteristics and could easily be applied to SRMs with any number of phase windings. A 4 kW four-phase SRM drive is constructed to test the performance of the controller. The results show that a step response from 200 to 1980 RPM needs only 2-3 s, even when driving a high-inertia load, and that the speed error can be controlled below 1%, even under unknown and dynamic loads. It is concluded that modified sliding-made controllers are effective in dealing with the highly-nonlinear characteristics of the SRM drive system     

Attitude control strategy for a camera stabilization platform

In this paper, an attitude control strategy for a 3-axis gimbaled platform used for the stabilization of film and broadcast cameras is presented. The attitude control strategy for the camera provides an alignment of the camera’s line of sight with a desired attitude, independent of the movements of the platform base. This control objective is achieved by a combination of a feedforward compensation of the disturbances induced by the moving base (the operator) and a feedback control of the orientation of the camera. The required attitude information is obtained by an attitude estimation strategy presented in [1] that fuses the measurements of two inertial measurement units. The derivation of the proposed control law utilizes a number of approximations tailored to the considered application. This allows to obtain an efficient but yet accurate attitude control concept. The very good accuracy and the practical feasibility of the overall control strategy are demonstrated by simulation and measurement results of a prototype platform.     

可时序控制的激光功率稳定系统

在锶原子光晶格钟实验中,为了应对多变的实验环境和复杂的实验需求,使得某些光路中的激光不仅能够保证功率稳定,还可以进行时序性调控,采用了声光调制的方法,基于声光晶体的衍射效率随加载于其上的射频功率变化而变化这一原理,建立了一套反馈控制系统,实现了激光功率的主动稳定以及功率设定值的时序性可控。结果表明,在该系统中激光会根据时序控制信号稳定地工作在控制范围内的任意功率强度上,与无功率稳定的状态相比,激光功率的稳定度从10-2量级提高到了10-4量级。该系统的特点在于能够对功率进行稳定的时序控制。     

采用自调整模糊变结构控制的机载激光通信视轴稳定研究

机载激光通信的动态视轴稳定是建立激光通信链路的首要前提,传统的粗跟踪控制方法不能克服载体扰动及参数变化对系统的不利影响,影响了视轴稳定精度。根据控制系统的任务,将论域自调整模糊控制与滑模变结构控制的思想相融合,在稳定的误差相平面内构造稳定的滑模面。理论分析和模拟实验结果表明,该方法消除了系统的抖振现象,改善了系统的瞬态性能,对机载通信平台受到的扰动及参数变化具有完全的自适应性。因此自调整模糊变结构控制具有一定鲁棒性,且控制算法简单,可望获得工程应用。     

关于制导控制导航技术的研究

随着近些年世界范围内局部冲突的加剧,各个国家也加大对国防投入的力度,在此背景下,制导控制导航技术呈现长足的进步,本文通过对我国制导控制导航技术进行分析,以期可以为我国制导控制导航技术的发展起到一定程度的借鉴作用.     

Position control of DC motors via variable structure systemscontrol: a chattering alleviation approach

A novel chattering alleviation control (CAC) algorithm is proposed for variable structure systems (VSSs). Both analog and digital controllers using the theory of CAC are applied to the position control problem of a DC servomotor system. Comparisons of the CAC with other VSS control algorithms indicate that the chattering can be alleviated. Since the input of the CAC method contains only low-frequency components, it will not excite unmodeled high-frequency plant dynamics     

一种稳定可靠的电子稳像方法

提出一种基于块匹配算法的电子稳像方法.在当前帧图像中确定呈均匀网格状分布的代表点,在下一帧图像中用块匹配算法寻找对应点,用中心数据保留法挑出好的对应点后可求出仿射变换模型参数,用均值滤波法处理得到补偿参数,再用双线性内插法重排图像像素,即可得到稳定的图像序列.创新点在于提出了与均匀网格状代表点相适应的中心数据保留法.实验表明,该算法有很好的稳像效果,而且具有很高的可靠性、稳定性和适用性.