全捷联导引头寄生回路影响与辨识校正

为研究隔离度寄生回路对全捷联导引头的影响,建立了全捷联制导模型,基于此模型通过无量纲变换获得了无量纲动力学模型,采用劳斯判据和系数冻结法研究了剩余飞行时间、制导参数、刻度尺偏差对制导稳定性的影响,利用伴随函数法研究了刻度尺偏差对脱靶量的影响。基于辨识理论提出了全捷联导引头刻度尺偏差的辨识方法。研究表明,刻度尺偏差会恶化全捷联制导系统稳定性,增加需用末导时间,利用辨识方法可准确辨识出导引头刻度尺偏差予以补偿。研究结论可为全捷联制导设计提供参考和帮助。     

雷达导引头指向误差对导弹制导的影响与对策

受相控阵天线指向误差和天线罩瞄准误差的共同影响,相控阵雷达导引头存在较严重的指向误差。当指向误差斜率超出一定范围时会造成导弹制导系统出现寄生回路振荡问题,影响系统的稳定性和制导精度,在高空尤为明显。对此，本文通过构建相控阵雷达导引头制导系统模型,分析了导引头指向误差斜率对导弹制导的影响以及产生寄生回路振荡的机理;为消除导引头指向误差斜率对制导的不利影响,在指向误差测量补偿的基础上,又给出了一种多模型扩展卡尔曼滤波的估计方法,对导引头指向误差斜率进行实时估计与补偿。数字仿真结果表明，所提方法能够有效改善导引头指向误差斜率对制导系统的不利影响,提高系统稳定性和制导精度。     

平台相控阵导引头寄生回路和制导性能分析

结合雷达相控阵波束控制原理和平台导引头稳定跟踪技术,完成了基于平台角速度前馈解耦的平台相控阵导引头(phased array seeker with platform, PASP)控制系统建模。根据前馈信号提取点的不同,完成了相应的隔离度传函与寄生回路稳定性研究。研究表明,与捷联结构相比,采用平台稳定结构能大大提高相控阵导引头的隔离度水平;采用稳定平台角速率陀螺输出作为相控阵前馈信息能够保证隔离度寄生回路具有较大的稳定域。考虑典型随机干扰,利用伴随法,完成了隔离度寄生回路对制导系统的影响研究。仿真结果表明,采用平台相控阵结构,利用角速率陀螺前馈的导引头方案能够有效抑制隔离度寄生回路对末制导系统的影响,获得较好的制导精度,与寄生回路稳定性分析的结果吻合。     

天线罩和导引头隔离度对制导系统影响研究

针对相控阵雷达导引头的隔离度寄生回路问题,分析了天线罩和导引头隔离度产生的原因,建立了考虑天线罩和导引头隔离度的制导系统动力学模型,基于线性时不变系统稳定性判据和无量纲化法研究了天线罩和导引头隔离度共同作用对制导系统稳定工作域的影响。利用无量纲伴随函数法研究了天线罩误差斜率和导引头隔离度不同叠加情况对脱靶量收敛的影响。研究表明,单一研究天线罩或导引头隔离度所得结论对导弹制导系统设计缺乏实际指导意义,制导系统稳定工作区域受到天线罩和导引头隔离度共同作用的影响,二者的叠加情况不同,对制导系统的稳定工作区域和脱靶量收敛的影响不同。正反馈叠加将严重影响脱靶量收敛和制导系统稳定性,应尽量避免。     

平台导引头隔离度对制导系统Lyapunov稳定性的影响

为了研究平台导引头隔离度对制导系统稳定性的影响,建立了不同制导信号提取点和不同干扰力矩引起的隔离度传递函数模型及制导系统模型,采用分析时变系统Lyapunov稳定性的无源性方法分析了制导系统的一致渐进稳定条件,基于制导系统稳定条件提出了隔离度幅值指标计算方法。研究表明,从角速率陀螺处提取制导信号时制导系统满足一致渐进稳定性对末导时间及隔离度幅值指标的约束比从稳定回路指令处提取时严格,弹簧力矩引起的隔离度幅值指标较阻尼力矩严苛,导引头测试时应密切关注从角速率陀螺处提取制导信号及弹簧力矩引起的隔离度幅值。     

基于简化模型的天线罩寄生回路稳定性分析

针对由天线罩误差引起的寄生回路影响制导系统稳定性的问题，提出了基于状态空间简化模型的天线罩寄生回路稳定性分析方法。为了准确分析天线罩误差特性对制导系统稳定性的影响，首先建立包含天线罩误差特性的导引头部件级模型，并采用低阶等效系统拟配方法建立导引头简化模型。该简化模型能够准确表征导引头的工作特性，并有效降低了制导回路状态空间简化模型的阶数；在此基础上，采用小扰动线性化方法建立制导/控制/弹体多回路线性时不变(linear time invariant, LTI)简化模型，并与导引头低阶等效模型结合，建立了包含天线罩误差斜率参数的制导回路，以简化模型状态空间描述形式。基于以上引入天线罩误差特性的制导回路状态空间模型，采用根轨迹方法分析确定了天线罩误差斜率的稳定域，分析了不同的天线罩误差斜率对制导系统稳定性的影响规律。最后，基于制导回路非线性模型进行仿真验证，仿真结果验证了基于简化模型的天线罩寄生回路稳定性分析方法的正确性。     

全捷联被动雷达末制导系统设计

为解决全捷联被动雷达导引头大测量误差下的精确制导问题,从实际工程应用角度出发,对全捷联被动雷达末制导系统进行了研究。首先,建立了全捷联被动雷达导引头模型。其次,针对系统非线性、滤波稳定性、计算量及制导与姿态控制的耦合问题,提出了基于容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter, CKF)的制导信息提取、滑模变结构制导、三回路过载驾驶仪等算法相结合的末制导系统方案。最后,结合反辐射导弹应用场景,建立全系统仿真模型进行方案验证。结果表明,所设计的末制导系统对静止目标的打击精度为2 m,对于15 m/s以内的慢速移动目标,也具有较好的适应能力,落点圆概率误差(circular error probability, CEP)可以达到10 m左右。     

全捷联被动雷达末制导系统设计

为解决全捷联被动雷达导引头大测量误差下的精确制导问题,从实际工程应用角度出发,对全捷联被动雷达末制导系统进行了研究。首先,建立了全捷联被动雷达导引头模型。其次,针对系统非线性、滤波稳定性、计算量及制导与姿态控制的耦合问题,提出了基于容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter, CKF)的制导信息提取、滑模变结构制导、三回路过载驾驶仪等算法相结合的末制导系统方案。最后,结合反辐射导弹应用场景,建立全系统仿真模型进行方案验证。结果表明,所设计的末制导系统对静止目标的打击精度为2 m,对于15 m/s以内的慢速移动目标,也具有较好的适应能力,落点圆概率误差(circular error probability, CEP)可以达到10 m左右。     

空空导弹平台相控阵导引头隔离度特性

为了满足空空导弹在跟踪高速大机动目标时对导引隔离度特性提出的严苛的要求,采取平台式相控阵导引头结构。提出的平台式相控阵导引头采用外框拉杆驱动、内框电机驱动的模型,并在此基础上建立了平台相控阵导引头的跟踪模型、隔离度传递函数模型,通过平台角速度前馈实现角速度解耦。研究了采用不同的前馈角速度提取点时对隔离度特性的不同影响。基于不同的隔离度模型研究了隔离度寄生回路稳定域分析和隔离度度寄生回路对制导系统的影响研究。通过上述研究,获得了平台相控阵导引头结构的数学模型,为后续工作奠定理论基础,验证了平台相控阵导引头结构方案具有与相控阵导引头相同的快速性,并且其隔离度水平为相控阵隔离度与平台隔离度的乘积,能够有效提高空空导弹制导精度。     

考虑雷达导引头前馈补偿的一体化制导方法

针对大机动目标使空空导弹雷达导引头跟踪误差加大和制导精度下降的问题,提出了一种考虑雷达导引头前馈补偿的一体化制导方法。针对机动目标,构造视线角速度前馈补偿回路,对雷达导引头角跟踪系统进行补偿,提高导引头响应速度,降低跟踪误差角。基于视线坐标系设计一体化制导算法,采用卡尔曼滤波器对弹目视线角速度和目标加速度进行估计,将视线角速度信息前馈补偿到导引头跟踪回路中,将目标加速度信息补偿到最优制导律中,同时实现雷达导引头视线角快速跟踪和最优制导律制导信息提取。仿真结果表明,一体化制导算法可同时实现对导引头视线角速度和目标机动的估计,从而提高制导精度。     

捷联制导系统信号延时隔离度抑制方法

针对捷联导引头视线角速度(line of sight rate,LOSR)计算时制导信号延时带来较大的隔离度(disturbance rejection rate,DRR)问题,首先分析了捷联制导系统信号延时产生隔离度的原因,推导了制导信号延时隔离度传递函数。进一步通过对视线角速度计算中信号时序关系分析,得到了导引头与惯导（inertial navigation system,INS）数据更新频率不成整数倍的关系和信号处理传输时间等是导致制导信号延时的主要原因。在此基础上,提出通过在导引头和惯导数据帧中增加时间标记的方式,使主控机可以提取同一时刻制导信号数据进行视线角速度计算,从而大幅减小制导延时产生的隔离度。数学仿真和半实物仿真表明,该方法在很大程度上减小了制导信号延时带来的导引头隔离度。     

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。     

基于隔离度特性的导引头控制系统优化设计

为了提高导引头隔离度及其时域特性的综合性能,提出了一种基于隔离度特性的导引头控制系统内外回路优化设计方法。通过建立导引头隔离度模型,推导隔离度传递函数,分析了导引头隔离度与内外回路的关系。将导引头幅值裕度和相位裕度约束,采用幅值相位测试方法转化为求解控制参数的稳定域,分别建立了以隔离度特性最优的稳定回路目标函数和以时域响应特性最优的跟踪回路目标函数,通过在稳定域内求解优化问题,得到导引头的优化设计参数。仿真结果表明,采用基于隔离度特性的导引头控制系统内外回路优化设计方法,能够保证控制系统具有更好的时域性能和隔离度特性。     

基于有限时间收敛干扰观测器的探导控一体化设计

针对滚仰式半捷联寻的制导导弹, 提出一种基于有限时间干扰观测器(finite time disturbance observer, FTDO)的探导控一体化滑模控制器设计方法。首先基于滚仰式半捷联导引头动力学模型和导弹制导控制模型, 建立了全状态耦合探测、制导、控制一体化控制模型。在模型中将不确定项和误差视为干扰, 通过有限时间收敛干扰观测器对干扰进行估计。对探导控一体化模型进行分块反演滑模控制律设计, 并验证了控制器的稳定性。仿真结果表明, 一体化控制方法提高了导弹对目标机动的响应能力和目标跟踪的稳定性, 并实现了比传统级联控制方法更小的脱靶量。     

脉冲力末端修正追踪制导律稳定性分析

脉冲力控制的离散性和弹体动力学的连续性使得脉冲力控制制导控制系统成为难于分析的混杂控制系统。鉴于此,建立了脉冲力控制弹体和制导回路动力学模型,通过将脉冲力控制制导系统等价为幅值式脉冲调制(amplitude pulse frequency modulator,APF-M)系统,解决了脉冲力控制制导回路的变周期离散化建模问题。进一步利用滑模理论分析了制导回路的稳定性,得出脉冲冲量、喷管点火等待时间及重力对制导回路稳定性的影响。提出了偏置阈值法进行重力补偿,并对脉冲力控制制导回路进行了仿真分析。仿真结果验证了偏置阈值法重力补偿的有效性,并得出加大脉冲冲量,减小喷管点火等待时间能有效减缓失调角发散的结论。     

由角噪声及目标闪烁引起的比例导引制导误差研究

研究了雷达导引头接收机中的角噪声(热噪声)以及目标闪烁对比例导引制导精度的影响.首先根据实际问题的物理意义建立比例导引制导系统模型.考虑到角噪声的带宽远远大于系统带宽,认为角噪声实质上是白噪声;认为低频目标闪烁近似于白噪声通过一阶惯性环节所得到的有色噪声.仿真结果证明,由角噪声以及目标闪烁引起的制导误差与导引头动力学特性和自动驾驶仪动力学特性密切相关;当制导时间较长时,由角噪声引起的脱靶量基本上与制导时间无关,采用频率捷变技术可以有效地降低目标闪烁对制导误差的影响.     

弹道导弹加速度表位置偏心引起的制导误差分析与修正

弹道式导弹的加速度表没有安装在导弹质心,导弹角运动会造成加速度表测量误差。本文首先建立了这种测量误差模型,然后分析了这种误差对平台－计算机制导、带补偿捷联制导、简单捷联制导精度的影响。最后分析了外干扰与加速度表安装位置偏心之间的耦合效应,给出了实用的修正方案。     

平台式相控阵导引头视线角速率提取技术研究

针对全捷联相控阵雷达导引头隔离度（disturbance rejection rate, DRR）正反馈失稳风险,提出了一种将相控阵安装在平台框架用于隔离弹体干扰的新思路。通过对相控阵和平台模型进行简化,利用空间角度关系及平台随动特性,构建4种适用于平台式相控阵雷达导引头视线角速率提取的方案,选取不同的〖JP2〗制导信号输出点,分别研究方案的隔离特性及制导信号跟踪能力。研究结果表明,4种方案均能有效规避DRR干扰影响,其中平台随动能提高制导信号的提取精度,雷达测角输出点优于平台角速率陀螺输出点,并具备跟踪高频信号的能力。     

基于HLA的多模复合制导仿真系统的研究与实现

根据多模复合制导系统的特点以及高层体系结构（HLA）的原理,提出了一种基于HLA,面向多模复合制导的主动、被动和红外导引头的多模复合制导新方法,分析和建立了多模复合制导系统的主要数学模型,详细的论述了主动雷达和被动雷达的建模过程,也给出了红外导引头的建模方法,并且针对该导弹攻击海面目标的整个过程进行了仿真分析,从仿真结果可以充分的看出所建立的仿真系统是有效的,该系统可以为多模复合制导导弹作战效能的分析与评估提供有效的平台和依据。     

空空导弹红外成像制导系统仿真研究

围绕着红外成像空空导弹制导跟踪算法研究和评估的需要,提出了一种红外成像制导系统仿真实现的方法.方法采用空气动力学开源软件FlightGear和计算机图形学的函数库,在仿真中采用目标和导弹的六自由度模型,提供了必要的目标和导弹的动力学特性以及目标红外辐射特性.仿真系统中每个模块都可以根据自己的研究需要加载不同的算法,而且对不同的导引头设置起来很简单,有效保证导弹制导系统制导和跟踪算法的研究和调试需要.目前该系统已在某型红外成像空空导弹的制导系统跟踪算法研究中获得应用,并取得了很好的效果.