低空防空的导弹制导

本文提出了设计低空雷达制导防空导弹时需要考虑的若干具体问题。返回雷达接收机的低空目标信号是和从地面来的大的杂波信号以及从平滑的海面来的大的多路径信号混合在一起的。通常都是利用多卜勒效应和布鲁斯特(Brewster)角效应把真正的目标回波从杂波和多路径信号中区分出来。本文在一个完整的导弹制导和控制系统范围内讨论了设计探测设备所需要考虑的因素,包括杂波和多路径的抑制、多卜勒分辨以及探测设备的稳定性等。本文还讨论了对脱靶距离起作用的基本因素,并通过一个定量的脱靶距离的实例说明了导弹侧向加速度能力所起的作用。     

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。     

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...     

末制导导弹飞行控制系统的强壮实现方案

现代末制导导弹要求飞行控制系统以最低成本在规定的飞行空域内完成拦截任务。本文按照复杂性增加的程度研究了飞行控制系统的几种可能性方案,并且讨论了作为末制导导弹制导关键问题的每个方案的强壮性和适应性。脱靶距离是末制导性能的度量标准,受三个主要制导参数(有效导航比、相对稳定性和响应时间)的影响。飞行控制系统的实现方案是确定这些制导系统参数如何随已知气动飞行条件(高度和马赫数)而改变的重要因素。脱靶性能变坏程度最小的系统是最强壮的系统。结果证明,开环系统是不强壮的,并且其低阻尼使其不适用于雷达末制导系统;速率陀螺系统也是不强壮的,它的参数随高度、马赫数和重心位置的变化而大幅度变化;积分速率陀螺系统是强壮的,它的参数与高度和导弹的重心变化无关,但是该系统的响应时间长;加速度表系统是最强壮的,其参数与高度、马赫数和重心位置的改变无关,并且系统的响应快。本文还讨论了每种系统应用于雷达或红外等各类制导以及应用于坦克、舰船或飞机等各类目标的各种因素。     

基于加速度盲估计的隐身目标检测算法

隐身目标的出现严重压缩了防空导弹雷达导引头的探测威力,末制导过程不充分导致制导精度受到很大影响。通过增加相参积累时间提高灵敏度是提高导引头作用距离的有效方法。研究了一种基于加速度盲估计的脉冲多普勒雷达主动导引头长时间积累算法,用于导引头对隐身目标的检测。此方法在不需要依赖外界支援信息的条件下,通过增加相参积累的时间,提高了导引头的截获灵敏度。通过仿真计算,当截获概率不小于99%时,可以将导引头灵敏度提高3.22 dB。     

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。     

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。     

最优控制拦截与微分对策拦截的导弹制导律比较

本文以脱靶量作为优化判据,用最优控制和微分对策论推导空对空导弹制导律。假设目标弹体/自动驾驶仪响应是理想的,导弹具有理想的和一阶的两种响应。就一阶导弹响应而言,在微分对策公式中,目标常造成非零的脱靶量。而对于所有其它考虑到的公式,具有能促成导弹无脱靶的状态。在这些情况中,可用一种辅助性能指标(即控制能量)去指定唯一的控制。本文用两个模拟方案估计制导律:一种是在靠近内发射界发射的导弹,另一种是在靠近外发射界发射的导弹。微分对策制导律比最优控制律对当时目标加速度估算误差不敏感。对于外发射界方案,用理想导弹响应的制导律较好;而对于内发射界方案,用一阶导弹响应的制导律能得到较小的脱靶量。     

关于气动力控制寻的导弹雷达天线罩引起的脱靶距离

本文介绍了关于气动力控制寻的导弹雷达天线罩引起的脱靶距离的分析。文中对导弹制导系统的稳定性作了分析并研究了稳定性与脱靶距离的关系,还阐述了脱靶距离的无量纲曲线与一些重要参数,从而证明有可能在天线罩设计与气动力设计之间进行一些折中。为保证气动力设计与天线罩设计之间的适当平衡和保证系统能在实际碰到的参数允许范围内工作,在初步设计中这些折中是非常重要的。     

基于瞬时测频原理的高机动隐身目标检测算法

高速、高机动隐身飞行器严重压缩了防空导弹雷达导引头的探测威力,而通过增加相参积累时间提高导引头灵敏度是解决此问题的有效技术途径之一。提出一种基于瞬时测频原理的长时间相参积累算法,用于脉冲多普勒雷达导引头对隐身目标的检测。该算法将电子对抗领域成熟的瞬时测频技术创新应用于雷达导引头的目标检测过程中,通过对弹目相对加速度的盲估计,补偿回波信号中的二次项,使得因弹目相对加速度产生的频谱展宽问题得以解决。补偿后的回波信号相参积累时间得以增加,这使得导引头检测灵敏度随之提高。仿真条件下,此算法将导引头的截获灵敏度提高了12.5 dB,作用距离提升一倍有余。此算法还可以推广应用到弹目加加速度或者更高次项存在的情况。     

中远程防空导弹的末制导律设计与仿真

应用线性二次高斯调节器原理,本文提出一种适用于脉冲多卜勒雷达自寻的制导导弹的适应性强,制导精度高,易实现的最优制导规律。为解决工程实现的关键问题,提出了目标机动加速度模型。根据机动目标的统计模型和非线性最优滤波理论推导出一个快速跟踪的自适应滤波算法,并给出了目标机动加速度、导弹与目标相对距离和距离变化率的估计算法。某改进后导弹的仿真结果表明该算法具有很好收敛性和稳定性。     

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。     

主动雷达导引头接收信号仿真模型

雷达导引头是主动寻式战术导弹的关键组成部分,它对目标进行探测,并引导导弹飞向目标,对导弹的作战性能有重大影响。主动雷达导引头大多采用脉冲多普勒单脉冲体制,因此研究该类型雷达导引头的建模和仿真有重要意义。经典的对雷达导引头的仿真主要是对制导控制系统的仿真,对信号的接收和处理则没有涉及。从各种干扰条件下主动雷达导引头的仿真与评估问题出发,采用相干视频信号仿真方法对脉冲多普勒雷达导引头进行了建模与动态仿真研究,并进行了仿真试验。最后给出了典型战情下的仿真结果,证实了该方法和模型的正确性。     

直接力／气动力复合控制防空导弹脱靶量仿真

针对力矩式直接力/气动力复合控制防空导弹,给出一种姿控固体小火箭的点火条件和末端修正制导策略,并通过仿真计算研究了对不同运动特性目标的拦截能力以及主要误差因素对终端脱靶量的影响。结果表明该复合控制方法具有很强的弹道修正能力,能在较大空域内实现直接碰撞,但是受雷达导引头测量误差影响十分显著。     

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。     

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。     

三维末制导律的鲁棒动态逆设计方法研究

考虑到真实的导弹目标拦截都是在三维环境下进行的,因此在三维球坐标系下建立了导弹目标的相对运动学方程。针对方程中的强非线性因素和不确定因素,基于零化导弹目标视线转率的思想,应用动态逆方法设计了鲁棒的末制导律。在该制导律的设计过程中不进行小角度假设,不进行剩余时间的计算。仿真结果表明该制导律能够对付一定的目标机动,且脱靶量小。     

对毫米波制导反舰导弹实施质心干扰的仿真研究

对毫米波制导反舰导弹实施箔条质心干扰进行了仿真研究，采用面目标分析方法研究了考虑切割效应的箔条云雷达截面积仿真模型，讨论了舰船雷达截面积、反舰导弹跟踪、箔条云布放和运动等仿真模型，并提出了基于有足够的有效质心干扰时间、箔条云初始位置布放在反舰导弹末制导雷达跟踪范围之内以及有足够的脱靶距离三个约束条件的箔条质心干扰效果模型。     

两回路/三回路驾驶仪对闪烁背景下

针对闪烁噪声成为雷达末制导段主要随机误差之一,从控制系统设计的角度研究了闪烁背景下制导精度改进问题。建立了闪烁噪声作用下的制导控制模型,模型中引入了平台导引头动力学,研究了闪烁噪声对制导指令的影响;将控制系统设计指标选择为时域/频域混合的设计指标,选用开环穿越频率约束下极点配置方法完成了两回路/三回路过载驾驶仪的设计,研究了不同控制系统设计指标下的比例导引末制导脱靶量。研究表明,比例导引制导系统采用经典两回路过载驾驶仪时,通过适当增大开环穿越频率、适度减小系统阻尼,可以减小闪烁噪声造成的脱靶量;而当采用经典三回路过载驾驶仪时,则可以通过适当增大开环穿越频率、适当减小二阶阻尼或者增大一阶环节时间常数的方法来减小闪烁噪声下的脱靶量。