基于卡尔曼滤波的成像旋转弹跟踪系统设计

针对采用捷联稳定方案的旋转弹,为实现用数字计算方法提取比例导引所需的弹目惯性视线角速率信号,对一种基于卡尔曼滤波的成像旋转弹跟踪系统设计进行了研究。将目标的随机加速机动视作修正的瑞利-马尔科夫过程,与视线运动方程联立,建立了机动目标跟踪系统数学模型。由稳定平台的惯性测量元件实现对弹体姿态角的计算,另通过大视场捕获目标,获取目标相对光轴的误差角,综合两者可得目标相对惯性空间的视线角,对视线角进行数字微分获得视线角速度。其中,为避免放大测量噪声,采用自适应卡尔曼滤波法估计视线角速度。闭环仿真结果表明:与低通滤波算法相比,自适应卡尔曼滤波算法的精度高,对测量噪声抑制好,可获得比例导引所需的惯性视线角速率和跟踪角误差的滤波值,从而实现高精度控制。     

基于自适应滑模的侧窗制导控制一体化设计研究

针对侧窗导弹末制导问题,提出了一种侧窗探测视场约束条件下的制导控制一体化设计方法。基于弹目相对运动模型分析了侧窗导弹运动规律,建立侧窗导引头探测视场角范围与导弹姿态角的约束关系,采用基于滑模控制理论的反步法设计导弹的制导控制一体化模型,给出了自适应滑模制导律:根据姿态角与侧窗视线角的约束关系,切换选择含约束和不含约束的自适应滑模控制。控制策略为:当弹目视线不满足侧窗探测范围约束时,在控制量中加入自适应俯仰角补偿项,使目标始终处于导弹侧窗视线范围内,解决了侧窗末制导过程中存在的目标跟踪视场角不对称约束问题;当弹目视线满足侧窗探测范围约束时,控制无需引入姿态角约束项,可直接应用自适应滑模控制律。仿真结果表明:在末制导过程中目标始终处在侧窗范围内,且对不同的初始条件有较好的鲁棒性。     

电视指令制导空地导弹垂直命中目标的末制导系统研究

根据人在回路的电视指令制导空地导弹的一般作战攻击过程，将其末制导归结为满足落角约束的目标跟踪问题，接着设计了一种考虑导弹驾驶仪动态因素和重力的影响，能垂直命中目标的末制导律，然后研究了将它应用于电视指令制导空地导弹的弹载设备需求和可行性，最后将其与某型电视指令制导空地导弹使用的末制导律进行了对比，检验了它的优良性能。     

一种改进的观测器算法在制导中的应用

研究了导弹视线角和视线角速度可测情况下的制导信息估计问题,给出了一种改进的CB观测器(Cost-Based Observer)设计算法。基于非线性平面拦截模型,将目标机动看作一阶马尔可夫过程建立了制导信息滤波的非线性状态方程并将其化为SDC模型。针对系统能观性不足问题,提出了多状态相关系数矩阵加权组合的方案对CB观测器进行改进。并将其用于估计弹目相对距离、相对速度和目标机动加速度,利用估计的制导信息进行制导计算并与制导信息完全可测情况进行比较研究。最后,采用比例导引律进行仿真,结果表明本文所设计的观测器估计精度较高,且能满足制导性能要求。     

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。     

电子角跟踪导引头技术及其应用前景

对电子角跟踪在反辐射导引头中的应用进行了研究。介绍了导引头的组成、电子角跟踪的工作原理和特点。研究了如灵敏度、角跟踪误差、制导信号提取、弹体扰动去耦、角搜索模糊，以及单目标跟踪等关键技术，最后分析了电子角跟踪技术在雷达、单机无源定位、反辐射、救生和机器人等技术领域的应用前景。     

消除导引头寄生耦合的一种新方法

§1引言寻的制导的地-空导弹一般采用比例导航规律,如式(1)所示.为实现式(1)所示的导航规律,须获得视线角变化率. _D=N_1(1) 目前很多地对空、舰对空和空对空导弹都采用雷达型半主动自动跟踪导引头来测量.它一般由接收机、测速陀螺和伺服系统组成.这种系统一般包括两个回路,一个称控制回路,另一个称隔绝回路.隔绝回路的主要作用就是稳定弹上雷达天线,也就是消除弹体对天线的耦合影响.但实际上很难做到完全消除.本文将专门研究消除这种耦合的几种技术措施.     

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。     

单脉冲雷达导引头抗压制式干扰时域仿真

为研究单脉冲主动雷达导引头在自卫干扰(SSJ)和非SSJ条件下的抗干扰性能,建立了单脉冲角跟踪系统对SSJ和非SSJ压制式噪声干扰源进行跟踪的时域模型。仿真结果表明,在SSJ条件下,角跟踪回路的抗压制式噪声干扰性能较佳,跟踪情况与目标视线角速度有关;在非SSJ条件下,当导引头接收天线处远距支援干扰(SOJ)强于目标回波信号时,SOJ会引入较大的天线指向偏差。所建模型可用于雷达导引头抗干扰性能的仿真研究。     

带扩张观测器的新型滑模导引律

在精确制导问题中,为克服目标机动和弹体动态特性对制导精度的影响,建立了平面内的弹目相对运动模型,在此基础上建立考虑导弹动态特性的制导模型;为提高末制导精度,设计了考虑导弹动态特性和目标机动的自适应滑模导引律;为了实现该导引律,利用带有滤波器的扩张观测器估计视线角速率、视线角加速度、目标机动加速度及其变化率等制导信息。仿真结果表明,扩张观测器收敛速度快、估计精度高,且具有较强的抗干扰能力;在不同机动条件下,所设计的考虑导弹动态特性的含扩张观测器的改进滑模控制律相比于比例导引律、增广比例导引律和滑模导引律具有较好的导引性能。     

一种拦截机动目标的多导弹协同制导律

针对多导弹协同拦截一个机动目标问题,基于有限时间一致性理论提出了一种带有攻击角约束的多导弹协同制导律。首先建立了带有攻击角约束的多导弹协同制导模型。其次,把协同制导律的设计过程分离为两个部分：一是基于有限时间一致性,同时结合积分滑模和自适应控制设计沿着视线方向上的加速度指令,保证所有的导弹能够在有限时间内同时拦截机动目标;二是利用非齐次干扰观测器并运用滑模控制设计视线法向上的加速度指令来保证每枚导弹与目标间的视线角速率收敛到零和视线角收敛到期望的视线角。最后,对三枚导弹同时打击同一机动目标的情况进行仿真,仿真结果表明该设计的带有攻击角约束的协同制导律的有效性和正确性。     

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。     

基于NHDO的机动目标拦截攻击角度约束导引律

为了精确控制导弹在有限时间内以期望攻击角度拦截机动目标,采用将导弹自动驾驶仪简化为惯性环节的方法,结合终端滑模控制理论设计了一种带攻击角度约束的有限时间收敛制导律。为了滤除视线角速率噪声,提出一种非线性跟踪微分滤波器对噪声进行滤波,建立了考虑滤波的制导系统状态方程,基于此方程设计非齐次干扰观测器,用于目标机动不确定项的估计补偿。仿真结果表明,所设计的制导律能达到对视线角速率有效滤波,对目标机动状态精确估计的目的,克服系统动态延迟对制导精度的不利影响,满足攻击角度和制导精度的双重要求。     

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。     

基于二阶滑模控制的驾束制导导弹一体化制导系统设计

针对驾束制导导弹,运用超扭曲二阶滑模控制理论,提出了一种一体化制导控制算法。通过充分考虑目标不确定因素以及控制回路未建模状态,建立了一体化制导控制回路的四阶状态方程。运用该状态方程的转移矩阵,重新定义了零能脱靶量(ZEM),使其不再需要估计剩余时间,并将此作为滑模切换面,设计了一体化超扭曲二阶滑模制导律。通过对目标的拦截仿真,结果表明制导线偏差可在有限时间内收敛到零,从而验证了选择新定义的ZEM作为制导律的滑模切换面是有效的。数字仿真结果也表明了该一体化设计方法明显优于不考虑控制回路的传统制导律设计方法。     

一种强鲁棒变结构制导设计

传统制导拦截模型可用一组方程来描述,由于该方程是耦合的,对其进行制导律的设计时,往往假定导弹在瞄准线方向不可控,但这样必然产生较大的模型误差。文中将传统制导方程进行变换得到其状态空间形式,根据导弹和目标各自加速度沿瞄准线(LOS)方向及其垂直方向的分量之间的物理关系对状态方程降维,然后通过引入有界参数变量,得到含有控制不确定性和外部干扰的描述形式,进而按照不确定系统变结构控制原理设计了制导律。由于制导律设计时考虑了导弹法向加速度分量的相关性、不同状态对拦截模型不确定性影响和外部干扰,所以具有强鲁棒特性.仿真结果表明这种制导律在合理参数选取下其抗目标机动能力强、脱靶量小、过载要求低、无控制抖动问题。
     

目标机动加速度的估计与导引律实现

研究了寻的末制导过程的制导信息获取问题,并在此基础上对导引规律的实现进行了 研究。针对末制导过程的非线性数学模型的特点,设计了高增益观测器,采用高增益反馈保 证观测误差的快速收敛,利用导弹导引头提供的信息,对导引规律中需要的视线转率和目标 机动加速度信息进行了估计,分析了观测器误差的收敛性。采用观测器方法进行制导信息的 估计,将目标机动看作外部扰动输入,因而不需要建立目标的机动模型或对目标机动的统计 特性进行假设。利用观测器获得的制导信息,对导引规律进行了实现,并证明了闭环制导回 路的稳定性。最后进行了数值仿真,并对仿真结果进行了分析,验证了文中得出的结论。     

非合作目标自主交会对接的椭圆蔓叶线势函数制导

针对非合作式航天器自主交会对接任务的安全性要求,提出了一种基于椭圆蔓叶线的人工势函数制导方法。首先根据视线坐标系建立了相对动力学方程与状态方程。进而应用人工势函数制导方法解决了非合作目标航天器自主交会对接与静态障碍物躲避问题,并且把势函数方法与椭圆蔓叶线函数相结合,解决了追踪航天器在接近目标航天器时运行在安全走廊中的安全性要求。应用Lyapunov稳定性理论证明了在所提出的制导方法控制下系统的稳定性。最后,用精确的数学模型进行了计算机数值仿真,验证了所提出的制导控制方法的正确性和有效性。
     

闭路制导在小型固体运载火箭中的应用

固体运载火箭发动机推力偏差和秒耗量偏差大,导致关机点时间偏差也大,因此偏差轨道和按标称值飞行的标准轨道之间偏差大,传统的摄动制导难以满足对卫星高入轨精度的要求。针对固体运载火箭的上述特点,本文提出具有工程意义的闭路制导方法。实现闭路制导的关键之一是需要速度的求解。本文根据运载火箭的实时飞行状态和卫星轨道元素之间的关系推导出简单实用的需要速度,并应用于发射近圆轨道卫星的小型固体运载火箭的闭路制导控制中。经过数学仿真验证,证明本文中的方法在各种干扰下均具有较高的精度。