捷联制导旋转弹制导信息提取研究CSCD

以捷联式半主动激光导引头为研究对象,研究其应用在旋转弹上制导信息的提取方法。根据坐标转换关系得到旋转弹惯性系视线角解耦模型,由于导引头和速率陀螺仪具有测量误差特性,直接解耦得到的制导信息会产生较大的误差。基于视线角解耦模型的非线性,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)的方法对测量信息进行滤波处理,估计出目标的位置,从而得到捷联式半主动激光导引旋转弹的制导信息。将扩展卡尔曼滤波方法与α-β滤波方法进行对比分析,得到扩展卡尔曼滤波方法对捷联式半主动激光导引旋转弹制导信息的估计精度更高,收敛更快。     

基于视线角序列的机动目标视线角速率计算

 依据拦截弹与机动目标间的相对位置关系，采用导引头球面模型，基于当前统计模型，实现了强跟踪状态自适应滤波，计算出了可用于制导的视线角速率。该算法利用导引头球面模型，将测角信息转换成距离信息，进行方差自适应调整和卡尔曼滤波。在只给出视线角序列信息的情况下，根据相对状态滤波结果求出所需的视线角速率。     

非线性椭球集员滤波及其在故障诊断中的应用

 针对带有未知但有界噪声的非线性系统，提出一种椭球集员滤波算法，并将其应用于保证故障检测与隔离。对非线性状态方程和量测方程进行泰勒展开之后，通过区间分析的方法给出线性化余项存在区域的盒子外界描述。假设过程和量测噪声由盒子限界，在算法的时间更新和量测更新过程中，分别计算包含椭球与线段的向量和及椭球与带的交的次最小容积椭球。在椭球集员滤波算法的基础之上，给出传感器故障检测与隔离的方法。由于集员滤波是保证状态估计，因而基于集员滤波算法的故障检测与隔离方法也具有保证性，即如果发出故障警报，则一定有故障发生。一个二维非线性系统的例子说明了该方法的有效性。     

基于自适应Kalman滤波的导引头随动系统设计

主要研究导引头随动系统中探测器信号处理延迟的影响及其补偿控制算法。提出了一种自适应Kalman滤波延迟补偿方案,利用Kalman滤波的预测能力得到当前时刻视线角的估计值,进而得到此时的跟踪误差的估计值,取代被延迟的探测器输出进行闭环控制。考虑到导引头探测器的低更新频率、非等间隔量测等工程特点,又对上述滤波算法进行了一系列改进。仿真表明方法可以明显提高导引头在弹体扰动情况下的跟踪精度。     

约简二次扩展平方根容积卡尔曼滤波及其应用

对于具有复杂加性噪声特点的非线性动态系统,往往很难直接运用传统非扩展容积卡尔曼滤波(CKF)方法对其状态进行有效估计。针对这一问题,通过非扩展和扩展Cubature变换精度的对比分析,结合扩展Cubature点集的约简特性,提出了一种约简二次扩展平方根容积卡尔曼滤波(RTA-SRCKF)方法。该方法采用二次扩展策略,在时间更新环节将过程噪声进行扩展,在量测更新环节将量测噪声进行扩展,有效缩减了采样点,降低了算法复杂度,具有很好的实时性,且在未损失滤波精度的前提下算法计算量明显降低,适用于具有复杂加性噪声特点的非线性动态系统状态估计。捷联惯性导航系统(SINS)大失准角初始对准仿真结果验证了理论分析结论,方位对准精度接近理论极限对准精度。     

捷联导引头隔离度分析与寄生回路滤波器设计

分析了捷联导引头惯性视线角速度提取的间接解耦方法与直接解耦方法的制导回路特点以及两种方法的等效关系,推导了描述捷联导引头隔离度的表达式并讨论了隔离度对制导回路的影响。通过设计寄生回路滤波器使导引头测量信息传递通道与姿态测量信息传递通道的时频特性一致,抑制信号测量与传递过程中的噪声干扰。最后通过仿真算例验证了滤波器的有效性。     

单兵火箭弹捷联导引滤波方法研究

为降低单兵制导火箭弹的成本,同时确保其具有较高的命中精度,进行了单兵火箭弹捷联导引滤波方法研究。首先,推导了视线角速度的解耦公式,去除了导引头测量信息中耦合的弹体姿态信息;然后,建立了视线运动方程和测量模型,为了解决测量信息与弹目距离和接近速度的弱相关性,使用一个时变Gauss-Markov随机向量代替视线运动方程中的非线性部分,采用UKF滤波方法得到可用于制导控制律设计的视线角速度的实时估计值;最后,通过正交仿真验证了所设计的单兵火箭弹捷联导引滤波方法的可行性。     

滚转弹两框架导引头的前馈补偿技术

针对弹体滚转情况下两框架平台式导引头的伺服控制问题,基于导引头运动学和动力学,建立了导引头稳定回路模型。结合弹体滚转条件下的导引头输入指令和输出视线角速率关系,构建了视线闭环回路。针对偏航、俯仰通道间的解耦控制问题,推导出解耦条件,要求两通道由失调角到光轴转动角速度的传递函数相同。仿真分析了该模型在视线角输入以及弹体姿态扰动输入时,弹体滚转对导引头跟踪精度产生的影响,并由此提出了滚转角速度前馈补偿控制方案。结果表明,采用结合滚转角前馈补偿控制的两框架平台式导引头方案可以满足滚转弹的制导精度要求。     

一种改进的高超声速滑翔目标跟踪方法

针对临近空间高超声速滑翔目标跟踪问题，提出一种基于反向传播神经网络修正改进迭代扩展卡尔曼滤波(Back Propagation Neural Network-aided Improved Iterative Extended Kalman Filter, BP-IIEKF)的目标轨迹跟踪方法。在雷达站坐标系下建立目标运动模型和量测模型。引入阻尼因子修正IEKF算法中的协方差预测矩阵，并定义算法的代价函数，给出迭代终止条件，保证了算法收敛精度，减小状态的观测更新误差，提高了目标状态估计精度。利用BP神经网络修正滤波结果，补偿系统滤波误差，进一步提高了跟踪精度。仿真结果表明所提算法对高超声速滑翔目标具有更高的跟踪精度。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的载波跟踪算法

精确的载波相位测量是精密测距中一个很重要的研究点。针对传统扩展卡尔曼滤波(EKF)的固定设计在先验信息不充分和动态变化环境中存在的不足,提出了一种基于自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)的载波跟踪算法。该算法通过实时监测滤波器新息或残差的动态变化,以修正状态噪声方差和观测噪声方差,进而调整滤波器增益,控制状态预测值和观测值在滤波结果中的权重。理论分析和仿真结果表明,本算法充分利用了观测信号的统计特性,克服了传统扩展卡尔曼滤波算法的不足,能够获得更好的载波跟踪性能。     

Beam-pointing error compensation method of phased array radar seeker with phantom-bit technology

A phased array radar seeker (PARS) must be able to effectively decouple body motion and accurately extract the line-of-sight (LOS) rate for target missile tracking.In this study,the real time two-channel beam pointing error (BPE) compensation method of PARS for LOS rate extraction is designed.The PARS discrete beam motion principium is analyzed,and the mathematical model of beam scanning control is finished.According to the principle of the antenna element shift phase,both the antenna element shift phase law and the causes of beam-pointing error under phantom-bit conditions are analyzed,and the effect of BPE caused by phantom-bit technology (PBT) on the extraction accuracy of the LOS rate is examined.A compensation method is given,which includes coordinate transforms,beam angle margin compensation,and detector dislocation angle calculation.When the method is used,the beam angle margin in the pitch and yaw directions is calculated to reduce the effect of the missile body disturbance and to improve LOS rate extraction precision by compensating for the detector dislocation angle.The simulation results validate the proposed method.     

捷联激光制导的视线信号提取方法

提出了一种弹目视线角信号的提取方法,该方法采用UKF解耦,针对捷联激光制导炸弹需要攻击移动目标却不能测量弹目相对距离和速度的情况,建立了弹目相对运动模型,解耦过程不需要相对距离信息,能够更方便地应用于工程实践.经仿真验证,此方法可以较好地估计出弹目视线角以及角速率信息,能够满足捷联激光制导炸弹工程应用的需要.     

基于有限时间理论的临近空间拦截器末制导律PWPF调节器研究

针对拦截临近空间高速机动目标,基于有限时间理论,设计了有限时间收敛末制导律和脉冲宽度脉冲频率（PWPF）调节器。首先,介绍了加入PWPF调节器的末制导数学模型及工作原理;其次,设计了有限时间收敛制导律,应用有限时间理论证明了收敛条件和性质,并推广到推力受限条件下;最后,考虑视线（LOS）角速率快速收敛和发动机最小工作时间要求,设计了PWPF调节器参数。仿真结果表明,视线角速率在制导结束前的有限时间收敛至零,对目标机动具有鲁棒性,具有较高的制导精度,避免了发动机频繁开启,节省了燃料。     

Optimal filtering for systems with finite-step autocorrelated noises and multiple packet dropouts

This paper addresses the optimal filtering problem for a class of uncertain dynamical systems with multiple packet dropouts and finite-step correlated observation noises. By rearranging the stochastic terms in the transmission and measurement matrices of the dynamical system into the noises directly, the process noises and observation noises in resulted system depend on the state as well as the stochastic uncertain perturbations, and are not only autocorrelated respectively but also cross-correlated. For this complicated dynamical system, instead of designing a Kalman-type filter, a globally optimal filtering in the minimum mean square error sense is developed by exploiting sufficiently the statistical properties of correlated noises. Numerical simulation is provided to demonstrate the performance of the proposed filter.     

基于滑模变结构的永磁同步电机精确线性化控制

 永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合系统,从非线性动态数学模型出发,应用精确线性化理论,实现了永磁同步电机系统的输入-输出线性化与解耦。通过线性化模型设计速度跟踪控制律,用指数滑模变结构控制器来设计电流调节器,算法简单实用,提高了速度跟踪的快速性和精确性。仿真和实验结果表明,该控制策略具有理想的动态性能和良好的鲁棒性。