半捷联寻的导引头寄生回路稳定性分析与制导精度分析

对半捷联寻的导引头的寄生回路稳定性进行了分析,研究了半捷联寻的制导系统主要参数变化与各误差源对制导精度的影响。首先进行了半捷联寻的导引头跟踪控制系统设计,建立了半捷联寻的导引头隔离度数学模型及由隔离度函数引起的寄生回路数学模型,推导了隔离度函数最大幅值与导引头系统参数之间的解析表达式,给出了寄生回路稳定判据,建立了寄生回路稳定域与导引头控制器参数之间的约束关系。 基于伴随技术推导了目标机动及测量元件噪声所引起的脱靶量与弹体过载的显式解析表达式。 最后针对实际的半捷联寻的制导系统进行了精度分析,给出了制导系统主要参数变化对制导精度的影响规律,确定了各种误差源信号对制导精度的影响程度,为半捷联寻的制导系统总体设计提供了理论依据和技术支撑。     

复合导引头中视线角速度提取技术研究

为提高视线角速度输出精度,对舰空导弹制导控制系统的红外成像/被动微波复合导引头视线角速度提取技术进行了研究。基于复合导引头在红外比例阶段和红外随动阶段的跟踪原理,采取微波截获时红外框架随动的方式,在导弹全程跟踪过程中根据红外位标器系统提取视线角速度的方法。分析了由陀螺角速度与误差角微分速度和、陀螺角速度与误差角微分速度通过卡尔曼滤波,以及由框架陀螺直接给出敏感到的角速度三种求取目标视线角速度方法,认为后两者的精度易受延时、干扰或滤波发散的影响,选用第一种方法,并采用低通滤波器提高视线角速度提取精度。给出了误差角微分信号和陀螺信号先滤波后匹配,以及先匹配后滤波两种方式的工作原理。仿真结果表明:两种方式结果基本相同,均可实现导引头视线角速度的提取,先匹配后滤波的计算量小,可优先选用。研究对提高舰空旋转导弹复合导引头的制导性能有一定的参考价值。     

导引头隔离度对开关控制制导回路稳定性的影响

为研究导引头隔离度寄生回路对开关控制制导回路稳定性的影响,首先应用回路等价变换原理统一了动力陀螺式和速率陀螺式导引头模型;然后,为分析开关系统稳定性,建立了含有隔离度寄生回路的开关控制制导回路等效Lure’模型;对比得出描述函数法在系统稳定保守性和稳定性趋势预测方面优于Popov稳定性理论和仿真方法,因此提出应用描述函数法对寄生回路稳定性进行分析。分析了在不同飞行器参数和调制器参数下导线和摩擦干扰力矩对寄生回路稳定域的影响。进一步,针对不稳定寄生回路提出了采用滞后校正网络来改善系统稳定性,改善后的制导回路仿真结果表明在外界干扰作用下,回路中不会再出现极限环,避免了脉冲喷管的“正反开”;飞行器机动跟踪目标时,保证制导精度基本不变的情况下,节省了燃料。     

带末端攻击角约束连续有限时间稳定制导律

针对制导武器末端攻击角约束与末端弹道尽可能平直的要求,应用有限时间控制方法,设计了具有末端攻击角约束的连续有限时间稳定制导律,使闭环制导系统在有限时间内视线角速度收敛到零和视线角收敛到期望值。通过非线性控制系统的有限时间稳定齐次性理论对该制导律进行了分析,证明了闭环制导系统的视线角速度和视线角全局有限时间稳定特性,并基于有限时间Lyapunov稳定性理论给出了闭环制导系统有限停息时间的表达式。在实例应用仿真中,比较了该制导律与最优制导律的制导性能,检验了该制导律在不同作战任务下的制导效果。仿真结果证实了该制导律的有效性和鲁棒性。     

微型导弹捷联光学制导信息提取方法研究

微型导弹体积小、成本低、精度高,可用于近距离攻击低小慢目标和地面人员车辆,采用捷联可见光导引头制导是比较合理的方案,因此高精度捷联制导信息的提取成为关键.为获取更高精度的制导信息,需要改进提取方法.匹配滤波理论是在考虑传感器不同的动力学特性情况下的一种信息融合方法,依据传感器动态特性进行信息匹配的方法提高制导信息提取精度.首先建立捷联光学成像导引头及其在制导控制系统中的简化模型,依据导引头上各种传感器主要指标,及匹配滤波的原则,推导出相位匹配器.最后,对匹配后的系统提取制导信息,并参与制导系统半实物测试,对比传统惯性滤波器与相位匹配滤波器的效果.结果说明在相位匹配滤波的提取方法获得的视线角速率精度比传统惯性滤波提取方法提高了1倍.     

寻的导弹寄生天线罩耦合回路有效导航比设计

基于比例导引(PN)制导律和实际惯性稳定框架式导引头回路,针对导引头回路两种校正网络,建立了用于设计有效导航比的两种寻的导弹寄生天线罩耦合回路模型,给出了PN寻的制导系统的控制弹道实际有效导航比的计算公式及设计准则。算例结果表明,该方法正确有效,所得脱靶量较小。     

旋转弹导引头红外角跟踪回路研究

分析了导引头红外末制导角跟踪回路的稳态性能对旋转弹跟踪性能的影响,以及起伏噪声对制导精度的影响,提出了采用二阶无静差角跟踪回路的改进办法.针对改进后的角跟踪回路,计算出了失调角和目标视线角之间的关系,并采用卡尔曼滤波将目标视线角速度准确地估计出来.试验结果表明:二阶无静差系统可以提高旋转弹的跟踪性能,且能够输出满意的制导信号,具有很好的实用价值.     

非线性三维自适应模糊变结构制导规律的研究

在三维球坐标系下建立了导弹与目标的相对运动模型,针对大机动目标提出了一种 基于零化导弹与目标视线角速度的三维自适应模糊变结构末制导律。所设计的制导律通过模 糊系统对非线性模型进行逼近,克服了模型不确 定性和外界干扰对制导系统的影响,并把目标加速度视为一类有界干扰,在线对目标加速度 的界进行估计。通过计算机数字仿真验证了导弹与目标的相对视线角速度最终趋向于零,验 证了制导规律的正确性和有效性。     

基于控制系统工作原理的视线角速度获取方法

针对红外成像导引头弹目视线角速度获取精度较差,无法满足导弹制导指标要求的问题,根据红外导引头角跟踪原理,比较研究了直接微分法、基于马尔科夫模型的方法和基于控制系统工作原理的方法3种弹目视线角速度提取方案。利用试验数据进行了仿真分析。仿真结果表明:直接微分法和基于马尔科夫模型的方法均不适用于红外成像导引头弹目视线角速度提取。将控制系统设计为二阶无静差系统,并以此建立了基于控制系统工作原理的弹目视线角速度提取模型。仿真分析表明:该方法适用于红外导引头弹目视线角速度提取。     

导引头量测故障下的增量式三维制导律设计

考虑导引头量测故障下拦截机动目标的末制导问题,以提高制导系统的鲁棒性、降低制导增益、减小系统残差、避免视线角速率剧烈振荡/发散为目的,基于增量式控制方法设计了一种具有鲁棒增强特性的三维末制导律。首先,将末制导问题转化为零化视线角速率的控制问题。其次,通过弹目相对距离及视线角速率定义辅助变量,给出传统的滑模制导律作为设计参考。然后,基于增量式非线性动态逆滑模控制方法,充分挖掘视线角加速度估计信息及上一采样时刻的制导指令,得到增量式三维鲁棒制导律。最后,在目标机动及导引头量测故障下,分析并比较了两种制导律所产生的系统残差。理论分析及多工况仿真结果表明,增量式制导律不仅对目标机动及大范围失效的导引头量测故障具有强鲁棒性,而且所需制导增益也较小,同时避免了末端视线角速率严重发散的问题     

拦截机动目标的变论域模糊末制导律设计

为提高拦截大机动目标的制导性能,应用变论域模糊理论,设计了一种模糊自适应的末制导律。将目标的机动加速度视为外界干扰,根据李亚普诺夫函数分析变论域模糊制导律参数的自适应律,保证了视线角速率收敛到0附近领域,从而确保了制导精度。仿真结果表明,所提出的变论域模糊末制导律在目标机动下可精确拦截目标,具有良好的鲁棒性能。     

拦截弹自适应最优滑模制导和控制一体化设计

针对传统制导和控制分开设计在拦截高速机动目标时的缺陷,设计了一种自适应最优滑模制导和控制一体化算法。首先基于零化视线角速率的思想,建立了制导和控制一体化模型;然后选取视线角速率为滑模面,结合HOSM鲁棒精确微分器参数,提出了一种最优滑模一体化制导和控制算法;最后设计了一种不确定性上界的自适应估计算法。仿真结果表明,与传统的制导和控制分开设计相比,所设计的一体化方法使得拦截弹具有更小的脱靶量,且姿态变化更加平稳。     

精确制导武器红外成像导引头控制系统研究

红外成像制导具有导引精度高、抗干扰能力强以及可进行多目标识别与跟踪等特点,目前已成为攻击型无人机、小型战术导弹等制导武器制导方式的发展方向。而红外成像导引头作为整个制导系统的重要组成部分,为了提高其控制系统的动态性能和跟踪精度,设计了一种模糊自适应PID控制器并引入到导引头控制回路中。同时,还分别采用校正网络和PID控制这些传统的改善系统性能的方法与之进行对比仿真研究,结果表明模糊自适应PID控制器较之传统方法使导引头控制系统的动态性能和跟踪精度有了明显的改善和提高。     

基于连续有限时间控制技术的导引律设计

针对导弹末段制导问题,提出了一种基于连续有限时间控制技术的导引设计方案.首先,利用有限时间Lyapunov稳定性理论,设计出一种连续有限时间导引律.该导引律使得:当目标不作机动时,视线角速率会在有限时间内收敛到零;当目标机动时,视线角速率会收敛到原点附近的一个小邻域内.其次,考虑到有限时间控制系统在离原点较远处状态趋近平衡点速度慢的特点,在导引律中引入了线性状态反馈项来改善闭环系统的收敛性能.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于遗传算法的制导控制系统耦合回路优化设计

为减小天线罩瞄准线误差斜率对导弹制导控制系统的影响，将导引控制器的设计作为参数优化问题．建立了优化模型。采用遗传算法对导引控制器参数进行优化，并给出了遗传算法的操作和优化流程。数字仿真结果表明，所设计的制导控制系统耦合回路对天线罩瞄准线误差斜率的摄动具有较好的鲁棒性。