滚仰式红外导引头视线角速率提取方法研究

由于滚仰式导引头的结构特殊性,制导控制系统需要的视线角速率信息是不能够直接测量得到的,因此提出了一种基于跟踪微分器的视线角速率提取方法。根据滚仰式导引头的结构特点,分析了滚仰式导引头的运动学原理,并根据滚仰式导引头的结构推导出视线角与弹体姿态角、框架角和失调角的关系,然后设计了有限时间收敛跟踪微分器求解视线角速率信息。经数字仿真,对比了直接差分法和跟踪微分器法对视线角速率的提取效果,证明了利用跟踪微分器提取视线角速率的有效性。     

滚-仰式导引头跟踪原理

研究适用于近距格斗空空导弹的滚-仰式导引头跟踪原理。根据导引头探测器上目标的位置信息,导引头稳定平台状态及导引头与弹体间的相对运动关系,导出了导引头跟踪框架角误差信号的数学模型,以实现导引头的闭环控制。然后结合导引头的控制特点,完成了导引头控制系统的设计。结合工程实际应用,研究了导引头跟踪框架角误差简化公式的适用性,研究表明,简化公式和精确公式给控制系统性能带来的主要差别在于由简化公式得到的俯仰通道控制系统较精确公式得到的俯仰通道控制系统稍慢。其造成的影响可以通过俯仰通道与滚转通道带宽比的优化设计来补偿。分析表明,实际应用中可以采用简化公式求导引头跟踪框架角增量,实现导引头的闭环控制。     

基于跟踪微分器的滚仰式成像导引头视线角速率估计

针对滚仰式半捷联成像导引头难以直接获得精确的视线角速率这一问题,提出利用弹体姿态角速率、失调角、框架滚仰角等信息解算出惯性系下的视线角的方法。针对解算出的惯性系下的视线角,通过选择合适的跟踪微分器提取出惯性系下的视线角速率信息。仿真试验表明,选择合适的跟踪微分器能够在大背景噪声下对惯性系下解算出的视线角连续平滑地微分,进而可得到精确的视线角速率。     

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。     

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。     

滚俯仰式红外导引头稳定平台控制与仿真

滚俯仰式红外导引头具有体积小、质量轻、视场大的特点,适应于现代红外导引头发展的需要.论述了滚俯仰式红外导引头的控制原理和伺服系统的组成,针对滚转、俯仰框架进行了系统建模,对稳定、跟踪、锁定回路进行了仿真,同时对滚转、俯仰框架进行了隔离度仿真测试,结果表明,设计良好的滚俯仰式红外导引头具有较低的稳态误差和较好的动态性能,及良好的抗干扰性能,满足系统要求.     

基于LS-SVM方法的视线角速率在线预测

首先通过时间加权末位淘汰机制对最小二乘支持向量机（LS-SVM）算法进行改进。其次,将这一算法应用于导引头视线被云层遮挡（穿云）或其他原因导致导引头失锁时对视线角速率的预测。导引头处于锁定状态时应用该算法进行在线训练,导引头视处于失锁状态使用训练形成的决策函数对视线角速率进行在线预测。最后,通过弹道末端设置导引头失锁的数学仿真结果,统计使用预估视线角速率（决策函数输出）作为末端导引信息的多条弹道的脱靶量,确认了最小二乘支持向量机对典型视线角速率信号预测的有效性和用于提高小型空地战术导弹穿云和抗干扰能力的应用前景。     

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。     

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。     

滚仰式导引头红外光学系统设计

滚仰式红外光学系统由物镜前组、折转镜组和成像后组组成,其平台内框架俯仰范围可达到90,外框架可以实现360滚转,使光学系统观察视场覆盖整个前半球。光学系统实现了100%冷光阑效率。为适应较大的工作环境温度变化,对光学系统开展了被动无热化设计,给出了被动无热化实现的计算公式,并利用虚拟色差技术,快速确定了满足无热化条件的光学系统最优初始解。针对制冷型红外光学系统的冷反射效应,给出了冷反射诱导温差（NITD）的计算公式,并对敏感表面进行了优化控制。设计结果表明,光学系统焦距为58 mm,视场大小为4.0,F数为2.0,在-50~60℃工作温度范围内系统MTF值接近衍射极限,并对冷反射效应具有较好的抑制能力。经样机测试,光学系统成像清晰稳定,性能良好,满足设计及使用要求。     

High-resolution ISAR imaging of maneuvering targets by means of therange instantaneous Doppler technique: modeling and performance analysis

Very high resolution inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging of maneuvering targets is a complicated task. In fact, the conventional range Doppler (RD) ISAR technique does not work properly when target motions generate terms higher than the first order in the phase of the received signal relative to each scatterer. This effect typically happens when at least one of these situations occur: (1) very high resolution images are required; (2) the target maneuvers; and (3) the target undergoes significant angular motions (roll, pitch, and yaw). A novel ISAR technique, named range instantaneous Doppler (RID), has been proposed for the reconstruction of very high resolution images of maneuvering targets. In this paper, we analytically show that the RID technique works properly when high-resolution ISAR images are required of maneuvering and/or rolling, pitching, and yawing targets; we also quantify the performance improvement of the RID technique with respect to the RD technique. The problem is tackled from an analytical point of view. First, we define a new model of the ISAR received signal that is valid for maneuvering targets, then we derive and compare the analytical expression of the point spread function (PSF) for the two techniques. Furthermore, we perform a statistical analysis to evaluate the improvement of the RID technique versus the RD technique in terms of spatial resolution. Finally, we prove the effectiveness of the RID technique by simulating the imaging process for two different targets: (1) a ship that undergoes roll, pitch and yaw motions and (2) a fast maneuvering airplane.     

一种飞机俯仰角二自由度PID控制算法

飞机俯仰角是飞机纵向运动中最基本的控制模态,实现对其控制难度较大。针对飞行器俯仰角增量和舵面偏移量构成的四阶系统简化后的一阶积分延时系统,文中提出了一种二自由度PID控制算法。该算法基于多主导极点配置法与直接综合法,将设定点滤波器与控制器分开设计,并以解析式的形式给出整定律。通过算法仿真验证可知,文中提到的方法能较好地应用于飞行器俯仰角的四阶系统,并且具有优良的扰动抑制性能以及更好的伺服性能和鲁棒性。     

船载稳定平台运动学分析与仿真

根据船舶航行特点,提出了一种船载框架式稳定平台,以隔离海浪波动对船载仪器的影响。对稳定平台进行运动学分析,建立了纵摇框架和驱动电机之间运动的数学模型,通过求解数学模型,确定出两者之间最优运动线性关系;利用空间矩阵法推导出稳定平台执行端边界点的位置方程,得到稳定平台的工作空间;对稳定平台进行运动仿真,仿真结果验证了稳定平台设计的合理性和可靠性。     

上反式光电周视探测装置目标全方位解算方法

提出一种针对水面目标的两轴上反式光电周视探测装置目标大地全方位解算方法,该方法定义一个虚拟水平或铅直入射光平面,利用光电探测装置的航向、纵摇、横摇、方位及俯仰机构转角位置量和目标一维（水平或铅直）视频偏差量,解算水平或铅直入射光平面经上反镜反射后在探测器焦平面上像线的交点,令该交点的水平或铅直坐标等于目标视频水平或铅直偏差量,可实时解算目标以装置为原点的真北方位角.经试验证明,该方法能够有效解决光电周视探测装置自主化、小型化的技术瓶颈,使光电探测装置的功能得以提升.     

A closed form to predict outage of digital radio

A simplified formula for predicting the outage probability of an unprotected high capacity line-of-sight digital radio link operating under frequency-selective fading conditions is presented. First, the propagation anomaly is modeled as a linear in-band amplitude dispersion in conjunction with a transmission minimum (notch) frequency located within or outside the signal band of interest. A simplified expression for the outage probability of the radio system under these conditions is then obtained. This expression is based on the fade occurrence factor in the climatic region of interest, the bandwidth of the transmitted signal, the carrier frequency of operation, the modulation scheme employed and the length of the link under consideration. The formula is applied to predict the outage probability of 4 phase shift keying (PSK), 8-PSK, and 16 quadrature amplitude modulation (QAM) high capacity radio links with specified parameters. The results obtained compare favorably with measured data     

大型平板微波天线伺服俯仰系统工程设计

针对大型平板微波天线俯仰系统进行工程研究,设计了一种强度高、质量轻的桁架结构作为天线背架。根据指标要求建立数学模型,将整个运动过程通过准确的力学计算进行力矩分配,从而选定电机、减速机等结构要件;通过对关键结构件的有限元仿真及高功率微波环境下的电磁兼容性设计,进一步保证整个俯仰系统可靠工作。通过实验验证,承载负载总重达到2 t左右,角速度最高可达10°/s,可以完成0°~70°俯仰运动,定位精确度优于0.1°。实测平板微波天线各项参数均能达到设计要求,微波测试方向图形态良好,波束指向满足要求。     

环模辗环成形工艺参数仿真分析

芯辊进给速度和驱动辊转速对辗环工艺有着直接影响,环模辗环成形变形行为复杂,通过传统的物理实验进行芯辊进给速度和驱动辊转速设计成本高昂、效率低下。文中讨论了辗环成形的有限元建模技术,基于塑性成形软件Simufact对环模辗环工艺进行有限元模拟,分析了芯辊进给速度和驱动辊转速对轧制力和等效塑性应变的影响。结果表明,当芯辊进给速度为2 mm/s时,驱动辊转速在25~33 rad/s,环模变形充分、均匀,轧制力合适,成型效果较好。仿真结果为环模辗环成形工艺参数拟定和改良提供了参考。     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。     

导弹滚动稳定回路的一种简便自适应设计方法

由于导弹在不同高度变速飞行，导弹控制系统是一个时变的非最小相位系统，因此导弹控制设计是比较复杂的，经典的设计方法一般应用频率响应法，根轨迹法或时域法，在初步设计时这些方法还是比较复杂的，采用现代的自适应控制方法也比较复杂，这里给出一种简易的控制系统设计方法－标准系数法，这种方法能够根据闭环系统的特征多项式迅速确定环节的设计参数，通过在反馈回路中引入与动压成反比的放大系数来自适应调节导弹滚动稳定回路性能，研究结果表明这种方法是简单和实用的。