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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

考虑布儒斯特角约束的复合积分制导律设计

雷达导引头下视探测超低空目标时,受多径效应的影响,严重降低了跟踪的精度。将弹目视线角约束在布儒斯特角附近,可有效降低多径干扰的影响。基于积分滑模控制的思想,设计出一种线性积分滑模制导律,该制导律相对于传统的滑模制导律而言,由于省去趋近滑模运动阶段,具有更快的渐进收敛特性。为了进一步提高视线角的收敛速率,设计了非线性积分滑模制导律,该制导律可保证弹目视线角在有限的时间内快速收敛至布儒斯特角。为了解决积分滑模开关项高增益系数引起的抖振问题,设计了滑模扰动观测器来估计目标的机动加速度。结合非线性积分滑模制导律,引入目标加速度的估计值,设计出一种复合制导律。结果表明,该复合制导律能有效地消除抖振现象,减小脱靶量,提高拦截的精度。     

适用于超低空拦截的复合制导律设计方法

防空导弹在拦截超低空目标时，多径效应的存在会大大降低导弹雷达导引头探测跟踪目标的精度。为降低多径干扰的影响，可将弹目视线角(line of sight, LOS)约束在布儒斯特角附近，但是多数的研究仅仅是在弹目交汇处将其约束至布儒斯特角。基于模型预测控制可跟踪期望LOS的特点,设计出一种模型预测制导律。针对超低空目标机动扰动对制导精度的影响,设计了滑模扰动观测器对目标加速度进行估计。最后,将模型预测制导律与目标加速度的估计值相结合设计了一种复合模型预测制导律。仿真结果表明,采用复合制导律能够保证拦截弹以期望的布儒斯特弹道对超低空目标进行跟踪和拦截,同时可将LOS速率收敛至0,最大程度降低多径干扰的影响,从而提高拦截精度。     

基于粒子群优化的卡尔曼滤波去耦算法

针对相控阵雷达导引头由于前向通道增益和波束控制增益刻度尺度不同引起的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)去耦中误差量过大的问题,提出了基于粒子群优化的EKF去耦算法。采用了最小均方差为适应度函数,对两个增益参数进行组合优化,然后通过建立EKF的系统模型,推导了提取的视线角速率与增益参数之间的关系,使得滤波后的估计值为最优的后验估计。最后,通过仿真表明该算法可以很好地解决误差量过大的问题,并验证了所提算法在相控阵雷达导引头去耦和视线角速率提取中的有效性。     

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。     

末制导雷达目标捕捉概率的仿真研究

应用Nrad修正的海面回波反射强度GIT模型和瑞利海杂波背景中的目标检测概率计算模型,给出末制导雷达目标检测概率与海浪级数、风向角以及目标RCS之间的变化关系曲线;确定了STC电路输出控制电压与海杂波干扰功率的"匹配参数"。通过蒙特卡洛法得到不同导弹自控终点散布误差和不同末制导雷达搜索选择区范围条件下的目标覆盖概率与导引头自导作用距离和箔条弹布放距离之间的变化关系曲线。通过某末制导雷达抗干扰性能仿真系统得到目标捕捉概率与自导作用距离之间的关系曲线,并就提高干扰背景中末制导雷达目标捕捉概率提出几点想法。     

反辐射导弹对抗低截获概率雷达和诱饵技术

论述了低截获概率(low intercept probability,LIP)雷达降低反辐射导弹(anti-radiation-missile,ARM)的作用距离和诱饵使ARM失效的原理。用小波理论分析方法在噪声中提取信号和用信道化接收机测频,以减小LIP雷达的影响。提出采用窄波束被动雷达导引头或多模复合制导导引头特别是采用超分辨新体制导引头,以提高角分辨力,分辨出雷达和诱饵从而实施攻击。重点分析了空间谱估计测向分辨雷达与诱饵的原理,进行了仿真,仿真结果证明了这种体制的导引头的可行性和抗诱饵系统能力。     

捷联式天线平台双通道耦合目标跟踪滤波器设计与仿真研究

采用传统速率陀螺稳定平台的导引头角跟踪系统可以直接提取用于比例导引的惯性视线角速率，而采用捷联稳定方案后，天线平台的角跟踪系统失去了直接测定视线角速率的能力，视线角速率需要通过数字计算的方法来提取。同时由于视线的旋转，实际的角跟踪系统方位和俯仰两个通道之间存在交叉耦合，与速度跟踪系统之间也具有参数耦合关系。针对上述问题，提出双通道耦合目标跟踪滤波器的设计方法，并在考虑与捷联稳定控制系统及速度跟踪系统信息相互融合的情况下，对整个角跟踪系统进行了闭环仿真，对捷联式天线平台角跟踪系统的性能进行了系统的分析。结果表明：角跟踪系统方位与俯仰通道滤波值能很好跟踪真值，提出的设计方法在捷联式天线平台角跟踪系统中的应用是有效的。     

宽带相控阵雷达导弹防御能力建模仿真研究

宽带相控阵雷达在导弹防御系统的预警探测、跟踪、识别、制导、拦截以及杀伤效果评估等各个环节均发挥着不可替代的关键作用.在深入分析雷达系统对弹道目标的探测、跟踪、识别等过程的基础上,建立了宽带相控阵雷达电子战系统信号级仿真模型体系和软件.针对复杂电于于扰条件下的典型导弹突防战情,进行了仿真研究,仿真结果为评估导弹目标的突防能力和宽带相控阵雷达系统的防御能力提供了有益的参考.     

基于单脉冲三维成像的抗交叉眼干扰方法

交叉眼干扰是针对末制导雷达实施的一种有效的角度欺骗干扰,使得导弹不能有效地跟踪并打击目标。针对这种主瓣干扰,现有末制导雷达缺乏较为有效的对抗措施。为此,本文提出一种基于单脉冲三维成像的抗交叉眼干扰方法。该方法首先对单脉冲雷达和、方位差、俯仰差3个通道信号在距离、多普勒两维上进行高分辨处理,通过测量各分辨单元的方位角和俯仰角,再结合距离信息得到目标三维像,然后利用目标的团聚效应设定合适的阈值,剔除由交叉眼干扰引起的目标尺寸之外的奇异点,从而得到干扰对抗后的测角结果,确保了导弹对目标的有效跟踪。仿真结果证明了这种抑制主瓣角度干扰措施具有一定的有效性。     

一种极化分集制导雷达及低截获概率信号设计

研究了一种基于极化分集阵列的主动式弹载相控阵雷达及其信号设计问题。阐述了该制导雷达极化分集阵列的设计思想和雷达系统结构;设计的雷达发射信号为：在脉冲内部采用线性调频或者相位编码脉冲压缩信号、在脉冲组之间采用时域波形和极化状态的同时捷变,采用脉冲压缩技术以实现高距离分辨率和探测距离,综合采用脉冲压缩技术和极化编码技术有效提高雷达的低截获概率性能,采用极化估值与检测技术提高雷达的抗干扰能力。建立了双极化发射信号的数学模型,论述了双极化回波信号的处理方法,仿真分析了其抗干扰性能。研究结果表明,该新体制制导雷达具有良好的抗移频干扰和延时干扰的能力,电子战性能更为优良。     

基于概率数据关联的雷达导引头抗速度拖引干扰算法

针对在速度拖引干扰下, 脉冲多普勒雷达导引头无法精确跟踪、制导目标的问题, 提出了基于概率数据关联的抗速度拖引干扰算法。对于雷达导引头角度测量信息和Doppler测量信息, 采用序贯扩展卡尔曼滤波算法进行目标状态估计。根据Doppler信息强非线性的特点构建了伪量测信息, 并提出了在Doppler量测更新滤波估计阶段，采用概率数据关联算法进行抗速度拖引干扰。给出了算法的推导过程, 并进行了数值仿真验证。仿真结果表明, 采用该算法能够稳定跟踪释放多重速度拖引干扰的目标, 有效抑制速度拖引干扰对制导信息估计的影响, 改善导弹的制导精度。     

俄罗斯Radar MMS公司开展导引头研究计划

根据俄罗斯国家武器计划,俄罗斯NPP Radar MMS公司正在研制几种新型导引头。俄罗斯国家武器计划的目的是研制适合今后10年需要的武器系统。Radar MMS公司参加了该计划的导弹制导项目,包括研制采用主动相控阵天线的新一代雷达导引头和采用相控阵天线的微型毫米波雷达导引头以及研制双波段的制导系统。目前已知的计划包括集成红外传感器和宽带被动雷达的主动雷达导引头。Radar MMS公司还对其现有的主动雷达导引头进行了改进,包括:Kh-35 M改进型导弹(也称作Kh-37)的ARGS-35 M导引头、Kh-31AM改进型导弹及其出口型Kh-31AME的ARGS-…     

关于高空防空导弹制导设计的综合考虑

本文介绍一种高空雷达导引防空导弹的实用设计考虑。讨论了影响脱靶距离的三种主要因素——雷达信号反射、雷达导引头组合不完善和导弹响应限制。在高空,闪烁是雷达信号中的主要干扰。此外,导引头组合不完善,如框架稳定不理想、天线罩折射率和导引头陀螺对加速度的敏感度都引起稳定性和脱靶距离问题。制导系统设计人员必须解决这些问题。 最后,由于加速度能力下降、响应时间延长以及控制舵面速率饱和,导弹对制导指令的响应也受到限制。文中讨论了脱靶距离对每一种因素的敏感度,另外,也论述了与组合不完善引起的多余反馈通道有关的稳定性问题。介绍了几个数字实例,它们说明:在构成系统时,如果要在高空满足性能目标,那么在初步设计中考虑实际硬件的不完善是很重要的。本文提供了对实际问题的一个透视,在理论研究中常常把这些问题看成是第二位的,但是实际上它们可能是决定制导和控制设计参数的主导因素。