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.     

弹箭滚转姿态地磁测角仪的卡尔曼滤波算法

为降低地磁测角仪测量地磁场矢量信息解算弹箭滚转姿态角误差,文中运用卡尔曼滤波算法对弹体滚转角进行估计.通过对火箭弹滚转角速度变化规律的分析,用二阶近似表达弹体滚转运动规律作为卡尔曼滤波算法的系统方程,以磁场强度与数字量输出之间的非线性关系作为卡尔曼滤波算法的量测模型.通过实验仿真分析结果表明,滤波所得弹体滚转角、滚转角速度精度满足弹道修正弹要求,可用于弹道修正弹药被动段的弹道控制.     

全捷联制导弹药制导律设计

针对采用捷联导引头的制导弹药受视场范围约束和末端角约束的制导问题,利用偏离追踪制导与圆弧制导相结合的方法,设计了满足多约束条件的制导律;通过研究并简化导弹的运动模型,利用视角控制与碰撞几何原理,获得了制导指令与视角控制指令;并通过数值仿真验证了该制导律的可行性,为全捷联制导弹药在多约束条件下的制导方案提供了理论基础.     

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。     

捷联制导弹药制导与控制系统设计与仿真

根据单兵武器捷联导引头的特点,提出一种弹体追踪和比例导引相结合的制导律。利用导引头的误差角信号和姿态陀螺的姿态信号,通过微分网络提取弹目视线角速率,实现比例导引部分,误差角信号作为姿态驾驶仪的输入完成弹体追踪部分。其次,利用根轨迹方法给出一种姿态驾驶仪设计方法。通过数学仿真可以证明,该制导律和姿态驾驶仪相结合,可实现精确命中目标,并具有良好的动态特性。最后,为论证MEMS陀螺和惯性陀螺等实现姿态驾驶仪的可行性,提出半实物仿真试验方案,作为理论设计进一步的验证手段。     

基于滑模控制的制导方法研究

针对空地导弹末制导段终端角约束问题,根据滑模控制理论,设计了加速度控制指令垂直于弹目视线方向的制导规律。从建立末制导过程中导弹和目标间的动力学方程入手,推导出以视线角和视线角速度为状态量的状态方程,构建了一个滑模面,在这个滑模面上弹目视线角和期望的终端角之差与弹目视线角速度为零。又引入Lyapunov函数驱动系统达到所设计的滑模面,综上推导出控制加速度的表达形式。该导引律在满足终端角要求的同时,能进一步增大导弹击顶速度。最后,在MATLAB环境下构建了几种仿真场景,仿真结果表明该制导律的有效性。     

反坦克导弹近距离顶攻弹道设计

针对反坦克导弹近距离顶攻存在的弹道落角不足问题,分析了在弹道初始段加入推力矢量控制对飞行弹道的影响,并对气动力/推力矢量控制的近距离顶攻飞行弹道进行分析,设计了一种基于弹目视线角速度和弹目视线角的制导律,保证在全射程内的落角要求.仿真结果表明,所提出的制导律充分利用了推力矢量特性,提高了导弹的机动性能,在导弹的全射程内都能保证较大的落角,是一种可行的方案.     

采用弹体追踪导引律的旋转弹锥形运动稳定性

针对旋转弹采用捷联导引头和弹体追踪导引律时可能导致锥形运动失稳的问题，推导了捷联导引头在非旋转弹体坐标系下的动力学模型，建立了复数形式的弹体追踪制导控制系统数学模型；在不同弹体转速及阻尼回路增益情况下，分别考虑导引头响应延迟和陀螺标度因数误差，分析了上述制导控制系统的稳定性，并使用数值方法求得使其稳定的特征参数取值范围。研究结果表明：导引头延迟角越大，使系统稳定的制导回路增益上限越小；陀螺标度因数误差系数大于1时，使系统稳定的制导回路增益上限会变大，当陀螺标度因数误差系数小于1时，使系统稳定的制导回路增益稳定上限会变小。     

捷联寻的制导系统滤波器设计

主要针对某型捷联寻的制导弹药,进行了捷联寻的制导系统滤波器设计并进行了目标机动情况下的仿真验证。利用捷联寻的导引头给出的量测信息,设计了捷联寻的制导系统的强跟踪卡尔曼滤波器,估计出弹目相对运动等信息,用于末制导弹药的最优导引律,导引其命中目标。仿真结果表明,所设计的捷联寻的制导系统滤波器能有效对付目标机动,满足某型制导弹药武器系统性能指标要求。     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

剩余飞行时间估计改进算法研究

针对末制导中剩余飞行时间估计算法误差较大,致使制导精度偏低的问题,提出速度弹道轨迹法和弹目视线平均速度法以精确估计剩余飞行时间。速度弹道轨迹法是通过对速度通过的弹道轨迹进行分割积分计算来求解剩余飞行时间;弹目视线平均速度法是在弹目视线上实时计算平均速度的方法来求解剩余飞行时间。将其应用于多约束条件下的飞行器最优末制导律中,仿真结果表明新算法具有很高的估计精度。     

弹道导弹捷联惯性／星光复合制导系统模型研究

推导了星光制导量测信息修正捷联惯性制导系统姿态角误差的机理,讨论了复合制导系统的主要误差,建立了全捷联工作模式的惯性/星光复合制导系统误差模型.针对捷联惯性制导系统的初始位置误差、时准误差及惯性元器件漂移所造成的制导误差,提出了一种适用于弹道导弹的星光修正捷联惯性的复合制导方案.仿真结果表明,当弹道导弹飞出大气层后,利用星体跟踪器获得的精确弹体三轴姿态信息调正捷联惯性制导系统的方案是合理、可行的,这种自主复合制导系统能够满足弹道导弹高精度的制导要求.     

相控阵雷达导引头捷联波束稳定算法研究

相控阵雷达导引头是空空导弹导引头发展的一个重要方向,由于相控阵天线与弹体固连,捷联波束稳定是其急需解决的关键技术之一。在分析相控阵雷达导引头特点的基础上,提出了捷联波束稳定的方案,利用弹目视线在惯性空间不变的原理,推导并得出适应于相控阵雷达导引头的捷联波束稳定算法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。     

航空弹药滑动预测制导律的设计

针对某型远程航空弹药用于攻击大型地面静止目标的特点,并根据其组合导航系统提供的信息建立起来的弹目相对运动模型,应用最优滑动二次型性能指标设计了滑动预测制导律。利用航空弹药的气动参数,对此制导律进行了各种条件下的全弹道数学仿真,仿真表明该制导律有较强的抗干扰能力。     

地磁信息的旋转弹姿态算法研究

针对小口径高转速旋转弹姿态测量问题,提出了一种利用纯地磁组合信息获取旋转弹姿态的算法。通过参考坐标系的关系构建姿态变换矩阵,建立姿态角的数学模型,并设计相应的纯地磁姿态算法,利用仿真软件得到三轴地磁信号来进行姿态解算。结果表明,本姿态算法可以实时解算较高长时精度的姿态角,可以为常规旋转弹药制导化提供姿态信息。     

捷联复合制导导弹的一种新型初始对准

本文研究捷联复合制导导弹的一种新型初始对准方案，利用地面雷达观测信息和弹载加速度信息，快速确定导弹启控时刻的弹体坐标系相对雷达坐标系的三个失调角。文中运用广义卡尔曼滤波技术给出了失调估计器的设计方法，对推敲角估计时间及误差进行了仿真和分析，对观测方式提出了一种改进方案，表明本设计用于飞行过程中实施初始对准的有效性。     

考虑导引头耦合作用的带落角约束制导律设计

针对制导火箭弹弹体与导引头之间的动力学耦合等问题,提出了一种带落角约束的制导律设计方法。首先,考虑到飞行过程中导引头和弹体之间的耦合作用,建立了方位俯仰捷联式导引头的二自由度数学模型以及制导火箭弹的六自由度数学模型,然后,考虑到实际工程应用中导引头与弹体之间的动力学耦合因素,将导引头框架偏转角作为制导信息,设计了一种带落角约束的制导律,实现最大毁伤效果。最后,通过仿真分析验证了所设计的带落角约束制导律能够在保证落角精度的同时降低脱靶量。     

末修子弹姿态运动在目标识别算法中的应用

弹下点至跑道中心线的距离估计是影响末修子弹命中精度的重要因素.捷联探测器测量值耦舍了子弹姿态运动信息,给距离估计带来较大的困难,针对此问题,通过建立伞一弹系统十二自由度动力学模型,分析了末修子弹的姿态运动特性以及姿态运动对子弹与跑道相对位置关系的影响,利用局部极值和迭代算法估计了弹下点至跑道中心线的距离.计算仿真结果与试验数据吻合较好,解决了探测器与弹体捷联情况下弹体晃动对确定子弹与跑道相对位置关系的干扰问题,有效地提高了子弹对跑道目标的命中精度.     

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。     

攻击地面机动目标的一种击顶制导策略

针对三维空间导弹和地面机动目标相对运动的非线性模型，将目标运动速度和机动加速度视为有界扰动，设计了一种击顶制导律策略。制导策略分为2部分：第1部分基于弹目视线倾角角速度和偏角角速度反馈，利用非线性系统输入输出线性化方法设计了接近制导律，保证导弹朝向目标运动；第2部分基于弹目视线倾角反馈，利用非线性系统输入输出线性化方法设计了击顶制导律。该制导律在保证弹目视线角速度趋零的同时还可保证视线倾角趋于- 90°，从而实现对目标的垂直打击即击顶。从理论上分析了制导系统的稳定性和精度。数值仿真结果证实该制导律有效。