带落角约束的圆弧比例导引律和偏置比例导引律的研究

为了实现导弹以一定落角命中目标,研究了两种带有落角约束的圆弧比例导引律和偏置比例导引律。首先建立弹目相对运动数学模型和框架动力学数学模型,然后阐述了两种导引律的基本原理,接着对导弹在三维空间内攻击静止与运动目标进行数学仿真试验,仿真实验证明两种导引律都能以较小的脱靶量和期望落角命中目标,最后从原理上和仿真实验上对两种导引律进行了对比研究。     

基于锥形运动的制导火箭速度控制导引律设计

针对制导火箭落点速度的约束要求,提出了一种采用锥形运动控制导弹飞行速度的导引方法。该方法首先设计了满足速度约束的虚拟目标理想运动轨迹,将导弹减速控制问题转化为对虚拟目标的追踪导引问题,通过建立制导火箭与虚拟目标的相对运动模型,分析了弹目相对位置和相对速度的关系,推导了具有速度控制的导引律一般形式,并采用动态逆控制理论设计了锥形运动控制指令和导引参数。通过数字仿真对比了不同落角约束条件下导弹锥形运动的速度控制效果,结果表明该方法设计的导引律能够满足制导火箭速度约束要求,且制导精度高、控制效果好,为导弹锥形运动速度控制技术提供了参考。     

带落角约束的虚拟目标实时轨迹生成算法

针对导弹带落角约束条件打击目标的要求,在纵向平面内,根据导弹和目标的实时运动轨迹,提出了一种虚拟目标实时轨迹生成算法,并且给出了该算法中所需要的目标实时位置信息的估算方法.仿真结果表明,以该算法得出的虚拟目标轨迹作为导弹的跟踪对象,采用变结构导引律能满足落角约束条件,并且能够提供很高的命中精度,从而证明了该算法的正确性和有效性,为带落角约束条件打击目标提供了一种新的思路和途径.     

机动再入体的带落角约束扩展比例导引律设计

传统的各种制导律都是以获得最小脱靶量为最终目标,没有考虑到导弹击中目标时刻的末端落角。为了保证非自旋再入体完成精确打击目标的任务,针对非自旋再入体垂直打击目标的制导问题,设计了一种带落角约束的扩展比例导引律。仿真研究表明,所设计的末制导律能够保证非自旋再入体命中目标时的脱靶量和末端落角都能满足要求,可以为开展近空间非自旋再入体制导问题的研究提供测试平台。     

机动再入体的带落角约束扩展比例导引律设计

传统的各种制导律都是以获得最小脱靶量为最终目标,没有考虑到导弹击中目标时刻的末端落角.为了保证非自旋再入体完成精确打击目标的任务,针对非自旋再入体垂直打击目标的制导问题,设计了一种带落角约束的扩展比例导引律.仿真研究表明,所设计的末制导律能够保证非自旋再入体命中目标时的脱靶量和末端落角都能满足要求,可以为开展近空间非自旋再入体制导问题的研究提供测试平台.     

多导弹时间协同制导:一种领弹-被领弹策略

首先,假设各枚导弹的速度为相同常值,领弹采用经典比例导引（PNG）,被领弹采用经典比例导引和机动控制相结合的方式,推导出采用领弹-被领弹策略的多导弹时间协同控制设计模型,该模型实际上描述的是一个非线性的弹目相对运动状态跟踪控制系统。在此系统中,领弹的弹目距离与导弹前置角作为两个参考状态量,被领弹的弹目距离与导弹前置角作为两个待控制的状态量。针对这一弹目相对运动状态跟踪控制系统,采用时标分离的方法设计了期望的慢子系统和快子系统。对这两个子系统分别进行动态逆控制设计,得到了被领弹的机动控制指令。该机动控制指令用于调整被领弹相对目标的运动状态,来逼近领弹相对目标的运动状态,这就保证了所有的导弹能够同时攻击目标。然后,通过为每枚被领弹引入一个与其速度相同的虚拟领弹,将上述方法推广到各枚导弹速度可为不同常值的情况。仿真结果验证了本文方法的有效性。     

基于最优控制的落角约束攻击设计

针对导弹落角控制和精度控制的矛盾,运用飞行力学原理和最优控制理论,以落地速度倾角作为终端约束,以脱靶量、最小能量为性能指标,给出了一种适用于攻击地面目标的最优导引律。设计了导弹三通道的PID控制器,最后进行了导弹的6DOF仿真研究,仿真验证了设计方法的有效性。     

基于变结构控制理论的导弹平滑导引律研究

针对导弹采用变结构导引律攻击机动目标时,容易引起视线角速率的抖动现象,基于变结构控制理论,提出了一种设计简单、具有较好鲁棒性及准确性的平滑导引律。该导引律设计主要通过引入双曲正切函数,消除了攻击导弹的视线倾角增量变化律的抖动现象。通过仿真结果说明:在相同的攻击时间内,对比于比例导引律、变结构导引律,该导引律明显地减小攻击导弹的脱靶量,验证了该导引律的有效性。     

基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律研究

利用虚拟目标概念和三维空间追逃模型,提出了一种基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律。该导引律能同时满足脱靶量要求和末端落角要求,保证了大空域变轨弹道的各段弹道平滑衔接。利用该导引律引导反舰导弹实现了各种形式的大空域变轨弹道。采用大空域变轨弹道有利于提高反舰导弹的机动能力和突防能力。仿真结果证明了所提出的基于Lyapunov稳定性的扩展比例导引律是很有效的。     

带落角约束的末端机动Terminal滑模导引律设计

为了提高反舰导弹的突防概率,有效规避敌方舰空导弹的拦截,并且实现反舰导弹按预定方向精确打击目标的战术要求,首先,基于弹目之间的三维相对运动模型,应用Terminal滑模控制理论,设计了一种带有落角约束的变结构导引律;然后,通过叠加虚拟干扰的方法,在原来导引律基础上叠加了一虚拟干扰,此虚拟干扰不影响导引律的渐进稳定性,不...     

基于因子图的无人机全源导航关键技术研究

针对DARPA提出的全源导航需要快速集成并重新配置任意导航传感器的要求,结合民用无人机的任务需求,通过概率图模型相关原理,对基于因子图的无人机全源导航关键技术开展研究工作.采用因子图对系统状态更新过程进行表示,实现系统状态的递推与更新,完成传感器信息的数据综合.仿真结果表明,该方法能在传感器可用性时变的情况下,将不同传感器的数据进行有效融合,确保系统导航定位精度,使载体满足不断变化的任务需求与环境变化的要求.     

基于奇异值分解的组合导航可观测度计算

以捷联惯组为主惯导的组合导航系统具有短时定位精度高、可靠性强等优点,但其依然存在长时间导航精度不高、运算量大、组合效率不高等问题。为更好地完善组合导航系统的误差补偿和抑制技术,对SINS/DVL组合导航系统的可观测性能进行了研究。在分段定常系统(Piece-wise Constant System,PWCS)的可观测性分析方法及基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法基础上,结合可观测性矩阵的遗传特性,提出了一种简化的状态量可观测性分析方法,并对该方法进行了理论仿真。为方便比较状态量的可观测程度,对各状态的可观测度进行了归一化处理。最后,通过湖面跑船实验设计了不同的航迹机动方式,计算了关键导航参数的可观测性能。实验证明,该方法可以实时计算组合导航参数的可观测度,根据可观测度设计的航迹可以有效提高导航精度,定位精度可提高1个量级,收敛速度也获得了明显提高。     

Cubature Kalman filter with closed-loop covariance feedback control for integrated INS/GNSS navigation

Cubature Kalman Filter (CKF) offers a promising solution to handle the data fusion of integrated nonlinear INS/GNSS (Inertial Navigation System/Global Navigation Satellite System) navigation. However, its accuracy is degraded by inaccurate kinematic noise statistics which originate from disturbances of system dynamics. This paper develops a method of closed-loop feedback covariance control to address the above problem of CKF. In this method, the posterior state and its covariance are fed back to the filtering process to constitute a closed-loop structure for CKF covariance propagation. Subsequently, based on the maximum likelihood principle, a control scheme of the prior state covariance is established by using the feedback state and covariance within an estimation window and further adopting a proportional coefficient to amplify the feedback terms in recent time steps for the full use of new information to reflect actual system characteristics. Since it does not directly use kinematic noise covariance, the proposed method can effectively avoid the adverse impact of inaccurate kinematic noise statistics on filtering solutions. Further, it can also guarantee the prior state covariance to be positive semi-definite without involving extra measures. The efficacy of the proposed method is validated by simulations and experiments for integrated INS/GNSS navigation.     

A novel optimal data fusion algorithm and its application for the integrated navigation system of missile

For Inertial Navigation System(INS)/Celestial Navigation System(CNS)/Global Navigation Satellite System(GNSS) integrated navigation system of the missile, the performance of data fusion algorithms based on the Cubature Kalman Filter(CKF) is seriously degraded when there are non-Gaussian noise and process-modeling errors in the system model. Therefore, a novel method is proposed, which is called Optimal Data Fusion algorithm based on the Adaptive Fading maximum Correntropy generalized high-degree...     

一种基于逆向导航的双轴旋转惯导系统自标定方法

针对惯导系统高精度自标定的需求,提出了一种基于逆向导航的双轴旋转惯导系统自标定方法。通过转位运动对系统误差进行激励,利用Kalman滤波器进行误差估计,同时存储标定数据,待正向导航滤波结束后,利用逆向导航算法对存储数据二次利用,继续进行误差估计,直到所有状态量收敛到一定精度,实现了对数据的充分挖掘。仿真和试验结果表明,该方法可以实现对双轴旋转惯导系统的全参数自标定,提高了标定精度。     

有色噪声作用下的机载INS/GPS组合导航方法

针对机载导航过程中有色噪声模型系数难以精确获取的问题,提出了一种基于滤波残差处理有色噪声的方法,并将其应用到INS/GPS组合导航系统中。首先分析了有色状态噪声和有色量测噪声对状态参数估值的影响,接着分别将状态残差和量测残差作为有色状态噪声和有色量测噪声的样本观测值,通过滤波所得的多个历元的残差序列获取拟合模型参数,然后计算有色噪声的预报值并将其进行补偿,从而得到有色噪声修正后的组合导航模型。最后设计了转台试验验证提出的有色噪声作用下的INS/GPS组合导航方法,结果表明该方法能有效地减小有色噪声对组合系统的影响,且当GPS暂时失效时,能显著提高系统的导航精度。     

Rapid and robust initialization for monocular visual inertial navigation within multi-state Kalman filter

Sensor-fusion based navigation attracts significant attentions for its robustness and accuracy in various applications. To achieve a versatile and efficient state estimation both indoor and outdoor, this paper presents an improved monocular visual inertial navigation architecture within the Multi-State Constraint Kalman Filter (MSCKF). In addition, to alleviate the initialization demands by appending enough stable poses in MSCKF, a rapid and robust Initialization MSCKF (I-MSCKF) navigation method is proposed in the paper. Based on the trifocal tensor and sigma-point filter, the initialization of the integrated navigation can be accomplished within three consecutive visual frames. Thus, the proposed I-MSCKF method can improve the navigation performance when suffered from shocks at the initial stage. Moreover, the sigma-point filter is applied at initial stage to improve the accuracy for state estimation. The state vector generated at initial stage from the proposed method is consistent with MSCKF, and thus a seamless transition can be achieved between the initialization and the subsequent navigation in I-MSCKF. Finally, the experimental results show that the proposed I-MSCKF method can improve the robustness and accuracy for monocular visual inertial navigations.     

捷联惯性导航系统动静态误差特性分析研究

捷联惯性导航系统动静态误差特性是基于惯性的组合导航系统的主要误差来源。为此,根据捷联惯性导航系统的误差状态方程,本文分析了不同动静态情况下的捷联惯导系统的误差漂移特性。针对静基座和动基座的不同特点,分别采用了特征根和基于数值仿真分析的方法,并建立了相应的误差特性分析模型。重点研究了陀螺常值漂移、加速度计零位偏置和随机性误差对惯性导航系统误差漂移特性的影响;全面分析验证了惯性导航系统的动静态误差特性。本文的研究工作将为惯性组合导航系统误差分析建模提供了有益的参考。     

区域导航无人机空中基准站的多源信息融合容错导航系统研究

作为卫星导航系统的补充和备份,区域导航服务系统近年来得到较大发展。在基于无人机的区域导航服务系统中,无人机自身的定位精度对区域导航服务系统的可靠运行有直接的影响。针对无人机导航传感器及系统的容错和可靠性问题,设计了具有针对性和自优化功能的多源信息融合容错导航方案,提出了一种优化的基于矢量分配形式的自适应联邦滤波算法。通过对每个状态量设计不同的信息分配系数,实现传感器量测噪声的动态优化调整,有效减小了传感器故障对融合导航系统的影响,提高了无人机导航系统的鲁棒性。验证分析表明,该方法可以减小子滤波器故障信息对融合导航系统联邦滤波全局估计的影响,避免了故障子滤波器在信息重置过程中对系统造成的污染,提高和保障了无人机空中基准站多源信息融合导航系统的稳定性和可靠性。     

SINS/GPS/SST/高度表组合导航系统异步融合算法

针对不同类型导航传感器的采样率不同步,提出了一种基于状态方程多尺度变换的组合导航系统信息异步融合算法。首先,建立组合导航系统基于最高采样率下的状态方程;然后,将状态方程分解到不同的尺度上,进而建立基于不同尺度上的多个状态方程及其对应的量测方程;最后,建立基于不同尺度上的全局最优信息融合算法。仿真结果验证了该算法能有较好的实时性和融合精度。