捷联式天线平台的角跟踪系统设计

捷联式雷达导引头的角跟踪系统采用弹体姿态角补偿法可实现天线的捷联纯稳定 ,但无法直接得到用于比例导引的惯性视线角速率。为此 ,提出一种新的设计思路 ,将天线稳定与目标跟踪独立进行设计 ,即在捷联稳定的基础上 ,采用卡尔曼滤波方法来估计目标视线角速度。仿真结果表明 ,相同参数条件下 ,卡尔曼滤波法比微分法精度高 ,对测量噪声较大的情况更为有效。该设计方法对于捷联稳定导引头如何实现比例导引具有指导意义。     

捷联式天线平台数字稳定技术及仿真研究

针对弹载捷联式天线平台的视线稳定问题，提出了补偿与反馈控制相结合的方法。通过分析，给出了捷联式稳定的数字实现方法，并考虑实际系统中陀螺非线性、测量噪声和加速度敏感度等因素的影响，对平台稳定性能进行了仿真研究。结果表明：该方法能够使弹体扰动造成的误差明显减小，在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内，算法能有效隔离弹体扰动。     

弹载捷联式天线平台两种稳定实现方法的比较

对于小型化雷达导引头,为了消除弹体姿态变化对目标测量的影响,采用捷联式稳定平台来实现天线的稳定。基于补偿原理,对弹载天线平台捷联稳定的两种实现方法———角速度补偿法和角位置补偿法进行了比较研究,给出了具体的补偿算法及其特性分析,同时对分别采用两种补偿方法的系统稳定效果进行了数值仿真。结果表明,在测量误差较小的情况下,两种方法均可实现天线的捷联稳定,而角速度补偿法对测量误差比较敏感。因此,在环境比较恶劣的稳定平台应用中,角位置补偿法比角速度补偿法具有更大的优越性。     

基于梯度法的对空中目标搜索与跟踪

基于捷联式角位移扰动稳定的抛物面天线步进跟踪广泛应用于运动载体对空中目标搜索与跟踪,但却存在跟踪速度慢和精度低的问题。针对此不足,研究了基于扰动速度稳定和梯度跟踪法的车载空中目标搜索与跟踪技术。抑制扰动速度的保持内环隔离车体摇摆,保持天线在惯性空间的指向。基于梯度法的跟踪外环确定目标方向和速度,快速跟踪目标,校正内环漂移。试验结果表明,该技术对硬件设备要求低,能快速、准确地跟踪空中目标。     

相控阵导引头位标器稳定跟踪控制仿真

研究了相控阵导引头位标器捷联稳定平台的控制问题。相控阵雷达通过嵌入天线阵元的移相器对阵面辐射波前进行控制,实现波束的空间扫描。这种体制的相控阵雷达可解决快速扫描问题,完成对目标的跟踪。在跟踪的同时需要消除由于导弹弹体姿态运动产生的对目标跟踪精度的扰动影响,同时保证稳定平台能够较好地跟踪固定目标或运动目标。对于雷达导引头,为了消除弹体姿态变化对目标测量的影响,采用捷联式稳定平台来实现天线的稳定。基于补充原理,采用了角位置补偿法进行了数字仿真研究。     

基于修正球坐标系的导引头滤波器设计与仿真

通过对修正球坐标系下导弹-目标视线运动方程的推导和分析,采用目标当前统计模型,设计了一种导引头三通道跟踪滤波器,能仅根据视线角测量序列计算比例导引所需的视线角速率信息。仿真结果表明,该滤波算法能提供精确的视线角速率、距离、速度和视线角信息。该设计方法对一类仅能测角的导引头实现比例导引具有借鉴意义     

光电跟踪架的运动与动力仿真分析

为了检验光电跟踪架的结构是否合理和保证光电跟踪设备精度,对跟踪架的进行了运动和动力学理论分析,根据动量矩定理建立了光电跟踪架的动力学模型,并利用虚拟样机技术对跟踪架分别进行了运动和动力仿真.结果表明:光电跟踪架的机械结构符合要求,在运动范围内不会发生运动干涉;由于俯仰框在三个方向上相对于各个惯性主轴的转动惯量不相等,当跟踪架的俯仰轴系和方位轴系同时以较高的速度和加速度运动时在方位框和俯仰框之间会产生耦合力矩,需要对俯仰部分增加配重以消除或减小耦合力矩,为光电跟踪架的改进设计提供了可靠的理论依据.     

雷达天线自跟踪系统耦合模型与仿真

本文研究天线自跟踪系统在耦合时的数学模型,提出了该模型的计算机仿真方法,以实例说明耦合对系统响应特性的影响。最后介绍一种简单的解耦设计方法。     

基于波束角误差补偿的相控阵导引头解耦算法

针对相控阵导引头离散波束运动引起视线角速率估计值跳跃波动问题,提出一种对波束角误差进行补偿的视线角速率提取算法。分析了相控阵导引头波束离散扫描原理,建立了波束扫描控制数学模型。推导了波束指向误差斜率引起的隔离度传递函数,分析并说明了波束角误差补偿方法。仿真结果表明,应用波束角误差补偿方法能有效地消除视线角速率提取值的跳跃波动,并验证了所提算法在捷联去耦与视线角速率提取方面的有效性。     

BTT导弹自动驾驶仪LQG/LTR积分控制设计

为实现BTT导弹准确跟踪指令的要求,采用LQG/LTR积分多变量控制方法设计自动驾驶仪。以某飞机型BTT导弹为例根据其气动特点建立了俯仰独立、偏航-滚转耦合的气动模型,分别设计了俯仰及偏航-滚转通道自动驾驶仪,对设计结果进行仿真。仿真表明所设计的自动驾驶仪能够很好的跟踪指令,鲁棒稳定定性较强,具备一定抵抗通道间耦合的能力。     

Novel method of improving the alignment accuracy of SINS on revolving mounting base

In the process of initial alignment for a strapdown inertial navigation system (SINS) on a stationary base, the east gyro drift rate is an important factor affecting the alignment accuracy of the azimuth misalignment angle. When the Kalman filtering algorithm is adopted in initial alignment, it yields a constant error in the estimation of the azimuth misalignment angle because the east gyro drift rate cannot be estimated. To improve the alignment accuracy, a novel alignment method on revolving mounting base is proposed. The Kalman filtering algorithm of extending the measured values is studied. The theory of spectral condition number is utilized to analyze the degrees of observability of states. Simulation results show that the estimation accuracy of the azimuth misalignment angle is greatly improved through a revolving mounting base, and the proposed method is efficient in initial alignment for a medium accurate SINS.     

基于理想弹道鲁棒容积卡尔曼滤波视线角估计

针对惯性元件在低成本全捷联制导弹药中应用难度大的问题,设计了一种利用理想弹道弹体运动参数代替惯性元件测量值的弹目视线角滤波估计方法。根据坐标系转换关系及弹目视线几何关系,将理想弹道参数作为系统不确定性参数,建立非线性滤波系统;针对具有参数不确定性的非线性系统滤波问题,提出了一种基于理想弹道的鲁棒容积卡尔曼滤波(ideal trajectory robust cubature Kalman filter,ITRCKF)算法,将具有不确定性系统的滤波问题转化为带参数κ的误差协方差上界最小化问题;最终利用导引头探测器测量得到弹体视线角,结合ITRCKF对非线性系统状态进行估计。实验结果表明:在小扰动条件下,ITRCKF偏角估计最大误差值较容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)下降了85.57%,误差均方根(root mean square error, RMSE)下降了81.93%;在大扰动条件下,ITRCKF倾角估计值最大误差较CKF下降了31.64%,误差均方根下降了46.39%。所提方法对弹目视线角的估计值满足精度要求,并且相对于CKF估计值具有较好的鲁棒性能。     

惯性系下平台惯导传递对准方法

由于导弹的高速旋转导致其内部的子惯导平台难以施矩,不能跟踪地理系,在发射前需要使子惯导平台跟踪惯性系,而主惯导则一直跟踪地理系。针对这一情况的传递对准应用问题给出了相应的解决办法。首先介绍了跟踪惯性系平台惯导的工作原理,然后针对这种情况,提出了2种惯性系下传递对准的方法,分别是平台惯性系以及地心惯性系下的速度匹配。经过对比分析,仿真结果说明平台惯性系下的方位失准角精度不高,而地心惯性系下在3个方向上都达到了误差小于1′的精度,是一种可行的对准方法。     

速度约束辅助车载捷联惯导系统零速校正算法

捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system, SINS)动态误差源众多,常规零速校正(zero-velocity update, ZUPT)方法难以取得理想效果。利用车辆正常行驶过程中横向和法向速度为零的约束条件,在考虑惯导系统与载车安装偏差角的基础上,推导了速度约束辅助的ZUPT算法模型。利用光纤SINS进行了2h的车载导航试验,间隔10min停车,零速校正得到的水平和高程定位精度均优于10 m。所提算法可以正确估计安装偏差角、惯性器件误差和初始方位误差,工程实用性强。     

单轴旋转SINS方位陀螺漂移精确估计方法

为了减小方位陀螺漂移对单轴旋转捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)长时间定位精度影响,提出了一种方位陀螺漂移在线估计方法。对SINS误差参数进行分析,指出东向陀螺漂移和方位失准角精度决定方位陀螺漂移估计值精度。利用优化后的卡尔曼(Kalman)滤波器在线估计SINS失准角并进行补偿,在此基础上进一步使用Kalman滤波器估计惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)误差。进行了转台三轴摇摆和车载行进间验证实验,车载行进间验证实验中,IMU误差估计完成后转入到纯惯性导航,其12 h的定位误差为2.12n mile,系统定位精度满足中等精度单轴旋转SINS长时间导航需求。     

提升小波在SINS分段快速对准中的应用

提出了一种利用提升小波进行消噪的捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)分段快速对准新方法。该方法首先进行水平精对准,然后利用提升小波算法对陀螺仪的输出信号进行消噪后,快速计算出方位失准角并进行修正,完成对准过程。理论分析和实际系统试验表明:提升小波算法对于光纤陀螺信号具有良好的消噪效果,新方法与传统的Kalman滤波对准方法具有相同的稳态精度,但方位精对准过程中,不需要进行捷联惯导的力学编排,精对准的时间可以缩短至30 s左右。该方法弥补了传统Kalman滤波精对准方法中方位失准角估计速度慢的缺陷,大幅度提高了SINS的初始对准速度。     

基于直接配点法的远程交会轨道优化设计与仿真

介绍了直接配点法在空间飞行器远程轨道交会最优化问题中的应用。首先给出了空间飞行器远程轨道交会最优化控制问题模型,其中运动方程在地心惯性坐标系下建立;性能指标选为轨道交会过程中燃料消耗最小;控制变量为推力、方位角和高低角;终端状态受到位置和速度的约束。然后,采用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,选取各配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用适合求解大型非线性规划问题的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解。仿真结果表明直接配点法对于空间飞行器远程交会轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,且求解过程具有一定的实时性。