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。     

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。     

基于半角机构的反射镜光电平台测角研究

偏仰两轴反射镜光电平台通过控制光路中反射镜的转动实现视线的角位置跟踪。实时测量视线和视轴的角误差是完成角位置跟踪的前提。传统的光电稳定平台将探测成像系统安装在稳定平台上,所以目标像在图像平面中的脱靶量等于视线角误差。反射镜光电平台采用探测成像系统和平台分离的结构形式且光路发生折转,使得目标脱靶量不再等于视线角误差。基于光学反射定律和等距坐标变换,对反射镜光电平台的视线角误差计算进行了研究,得到目标脱靶量和视线角误差的映射关系,并且可以将其近似为关于外框架角的旋转变换。通过数值仿真和样机实验验证了分析结果的正确性。     

捷联导引头视线角速率估计算法

研究了一种用于估计制导弹药与目标之间的视线角速率算法的推导与实现.低成本的捷联导引头的测量信息中包含了弹目在相对运动中形成的视线角和弹体姿态两部分信息,首先设计解耦算法将弹体姿态信息去除,然后采用扩展卡尔曼滤波(EKF)以及α-β滤波这两种算法分别对视线角和视线角速率进行估计,最终的仿真结果表明采用EKF算法能比α-β...     

多模制导仿真中合成目标视线法原理与仿真

设计了一种多模复合制导仿真中利用三轴仿真转台实现弹体姿态和弹目视线运动的复合模拟方法。首先阐述了合成目标视线方法的技术原理,建立了仿真坐标系统,给出了角速度矢量转换及其软硬件空间的映射关系,然后研究了合成目标视线半实物仿真的实现流程,推导了三轴仿真转台驱动数据解算和导引头稳定回路注入视线角速度解算方法;最后开展了合成目标视线法的数学仿真,与真实视线模拟方法相比,导引头跟踪目标的光轴运动规律以及目标偏差角和弹目视线角速度指令输出一致,为多模复合制导半实物仿真中弹目视线运动的模拟实现方案提供了一种新的技术手段,也为该方法的仿真应用提供了技术支撑。     

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。     

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。     

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。     

捷联成像寻的器惯性视线重构精度分析

针对捷联成像寻的器,首先给出体视线和弹体姿态到惯性视线的映射关系,然后通过推导映射函数的雅克比矩阵,给出了从体视线和弹体姿态到惯性视线的误差传递公式。通过分析误差传递增益的范数,讨论了弹体姿态和弹目相对位置对惯性视线角计算的影响。由于体视线受到成像寻的器视场的约束,其角度测量值较小,合理简化了误差传递公式,给出了惯性视线误差的近似计算公式。最后应用蒙特卡洛实验,验证了近似计算公式的精度和结论。     

干扰和噪声对激光制导性能及精度的影响

针对某激光导引头检测中输出弹目视线角速度误差较大的情况,分析指出弹目视线角速度噪声是角跟踪回路中探测器噪声、弹体扰动和摩擦等干扰力矩共同作用产生的。根据导引头控制原理建立了其稳定跟踪回路模型,定量分析了这些误差因素对导引头稳定跟踪性能和弹目视线角速度输出指令的影响程度。然后实测分析了激光导引头输出弹目视线角速度噪声特性,建立了其与弹目距离的函数关系,并将其加入某制导武器制导模型中进行仿真。结果表明:加入弹目视线角速度噪声后,弹体滚转姿态角变化较大,舵偏角变化也较大,近距离时由于角速度指令噪声较小对全弹道及脱靶量的影响比较小,这与实际检测结果相符较好。但近距时当角速度指令处于噪声峰值处,弹偏离后来不及修正可能会对导弹的近距攻击区有影响,研究方法及结论对导引头的实际研究测试及弹的战术使用均有一定的参考价值。     

红外制导弹药协同定位跟踪方法研究

针对红外制导导弹无法直接测量弹目距离、视线角速度及目标加速度等制导信息,且单枚导弹的可观测量少,目标定位误差大的问题,考虑红外导引头的测量特性,利用多枚导弹与目标的几何关系对目标进行协同定位。建立多枚导弹对目标的协同跟踪模型,通过计算导弹间相对运动关系估算弹目距离,并将其作为伪量测量,结合导引头测角信息构建新的量测方程,利用卡尔曼滤波估计出弹目距离和视线角速度等制导信息。针对机动目标,研究了一种基于交互式多模型滤波方法,利用多个目标机动模型加权融合的方法来估计真实目标机动模型。数学仿真表明该方法有效提高了对固定/机动目标的估计精度。     

面阵CCD航空相机斜视图像的几何校正

为增大机载光电侦察系统的视场角,航空相机多采用扫描方式对地摄影成像,文章针对面阵CCD航空相机斜视摄影引起的图像变形进行校正。由于该类相机与载机之间存在方位和俯仰两轴运动,文章同时考虑相机相对载机的旋转角度和载机相对地面的姿态角,建立了更符合该类相机工作状态的六姿态角投影校正模型,推导出同一地物在畸变图像和标准图像上的像素坐标变换关系,采用双线性插值算法对坐标变换后的像素灰度值进行重采样,对航空图像进行自动校正。最后,对某机场的航拍图像进行校正实验,并与基于地面控制点的多项式校正方法以及基于畸变图像和参考图像配准的校正方法进行比较。实验结果表明,六姿态角投影校正模型能够取得比较高的校正精度(可达像素级),当姿态角的测量精度为3′,图像大小为512pixel×512pixel时,图像校正的均方根误差为1.174 7pixel。该方法不需要提供参考图像和野外采集地面控制点数据,便于工程实现,基本满足航空图像处理的稳定可靠、精度高、实时性强等要求。     

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。     

基于SWAD算法的空间面目标高精度跟踪技术研究

针对空间面目标的高精度跟踪问题,提出一种面目标高精度跟踪方法,该方法利用SWAD模板匹配算法和亚像素拟合算法提取目标精确的位置信息,并在跟踪过程中对模板进行实时更新。对传统的无限冲击响应滤波模板更新方法进行了改进,提出一种变系数模板更新方法,该方法计算量小,不需要经过复杂的置信度判断,模板更新系数由当前模板图像和当前最佳匹配区域图像的灰度值决定;利用不同亮度的目标,以及对目标图像进行尺度变换模拟姿态变化的目标,比较了该模板更新算法和传统算法的匹配误差,结果表明:该算法能够更好地适应目标姿态的变化;最后通过平行光管和靶标板模拟远场非合作目标,搭建了室内演示试验,证明了利用模板匹配进行高精度目标跟踪的可行性。     

基于红外光学层析物体被动态遮挡的边缘检测

针对导弹的红外凝视目标跟踪中存在被跟踪物体被动态遮挡的检测问题,采用光学层析的思想,借助傅里叶切片定理,对采集的目标数据进行线性积分后再进行傅里叶变换。光学层析成像中图像重建的实质是通过不同角度的投影信息确定成像平面上每个像素的实际光强分布。由于物体被动态遮挡,总有一个角度的投影可以将其他角度投影被遮挡部分填充,最后做二维傅里叶逆变换,即可得到重建后边缘完整的图像,该图像可以识别到完整的轮廓信息。     

基于混合优化的车载三轴光电跟踪策略

由于存在一个冗余横倾轴,三轴光电跟踪系统能够解决两轴光电跟踪系统的跟踪盲区问题,实现针对目标的全空间跟踪。针对车载三轴光电跟踪系统,在分析系统运动学特性的基础上,建立了系统的运动学模型,并提出一种基于混合优化算法的车载三轴联动全空间光电跟踪策略。通过对系统运动学模型的研究,分析三轴转动角度之间的关系,从而将三轴转角增量组合的三变量优化问题简化为求解单变量最优问题,然后应用混合优化算法得到最优的三轴角增量组合。仿真和实验结果证明,所设计的三轴跟踪策略可以得到更小的三轴转动角增量组合,能够实现车载三轴光电跟踪系统的三轴联动全空间连续跟踪运动,提高了系统的跟踪性能,具有良好的实际应用价值。     

激光导引头跟踪回路的设计与半实物仿真

首先,为实现激光半主动导引头光轴的快速跟踪目标,根据光轴与弹目视线的误差角大小,将光轴进动速率分为线性区、过渡区和非线性区.为解决角速率的不连续性问题,采用Hermite方法设计了有约束条件下的导引头跟踪回路的进动方案.其次,介绍了激光制导武器的半实物仿真平台,建立了室内环境下的几何数学模型.最后,将未解锁的导引头搭载于五轴转台,以五轴转台的两自由度模拟导引头光轴的进动,其余三自由度模拟弹体姿态运动,通过在远、近边界初始条件下,通过弹道的半实物仿真试验,可以验证,导引头跟踪回路的设计方案在末制导段飞行过程中安全可靠,可以实现精确命中目标.