CN110716426B - 一种基于虚拟光轴的捷联导引头系统综合新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于虚拟光轴的捷联导引头系统综合新方法，通过引入虚拟光轴的新概念，实现了惯性空间目标视线角速度的重构；同经典的直接微分法，该方法具有不放大噪声，便于多速率信号处理的优点。

Description

一种基于虚拟光轴的捷联导引头系统综合新方法
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，涉及一种基于虚拟光轴的捷联导引头系统综合新方法
背景技术
相比于传统动力陀螺式和框架式导引头，捷联式导引头的探测器直接刚性地与弹体固联，取消了活动机构，结构简单，可以有效地对整弹进行小型化设计，并降低制造成本，提高可靠性。然而，捷联式导引头不能直接输出视线角速率，需要探测器和惯性器件合成得到视线角速率。对于捷联导引头来说，在制导律设计时需要先完成视线角速率的估计，进而使用适用于捷联制导体制的制导律。
对于捷联式导引头，理论上可以通过下面两种方法来获得惯性视线角速率：
(1)将弹体姿态信息反馈到导引头输出端的去耦方法，即将弹体姿态角或角速率信息同导引头的输出信息相结合，具体可以通过弹体姿态角和捷联导引头输出视线角相加后微分，或者将捷联导引头输出视线角微分后与弹体角速率信号相加来得到惯性视线角速率；
(2)将弹体姿态信息反馈到导引头角跟踪回路的去耦方法，即将弹体姿态角或其角速率信息反馈到导引头的角跟踪系统来稳定导引头视轴，从而实现弹体姿态扰动的去耦，得到相对于惯性空间的视线角速率。
然而，将弹体姿态信息反馈到导引头输出端的去耦方法对于某些寻的导弹的典型参数而言，制导回路是不稳定的，若要使制导回路稳定，必须将导引头角跟踪系统的带宽增加到足够大，这样便意味着导引头的跟踪带宽会远大于跟踪预计的机动目标需要的带宽，从而会使系统对噪声更敏感而降低信噪比；将弹体姿态信息反馈到导引头角跟踪回路的去耦方法对于寻的导弹的典型参数而言，制导回路是稳定的，但其中仍然采用了微分网络，但采用后，系统对于噪声依旧是敏感的。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了实现惯性空间中目标视线角速度的重构，该发明以捷联图像导引头信息和惯导信息为基础，借鉴常平架式活动跟踪导引头的工作原理，在惯性空间中定义一个虚拟光轴，通过稳定回路和跟踪回路的作用，使其跟踪目标视线方向，而跟踪回路控制指令即为惯性空间目标视线角速度的测量值。
本发明的技术方案是：一种基于虚拟光轴的捷联导引头系统综合新方法，所述系统包括滤波估计和差补计算模块JS1、滤波估计计算模块JS2、虚拟光轴惯性空间指向角计算模块JS3、虚拟光轴弹体系指向角重构及匹配滤波计算模块JS4、虚拟失调角计算模块JS5和虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6；该方法包括以下步骤：
步骤一：根据捷联导引头视线角q和弹体姿态角
Figure BDA0002225851560000021
两者相减得到λ，计算公式为
Figure BDA0002225851560000022
通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm，计算公式为：
λm＝λ·JS1＝q-θ；
步骤二：虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6输出
Figure BDA0002225851560000023
积分得到qt，计算公式为
Figure BDA0002225851560000024
步骤三：弹体姿态角
Figure BDA0002225851560000025
通过滤波估计计算模块JS2得到弹体姿态角测量值
Figure BDA0002225851560000026
计算公式为：
Figure BDA0002225851560000027
步骤四：将步骤二得到的qt和步骤三得到的
Figure BDA0002225851560000028
经过匹配滤波计算模块JS4得到虚拟失调角λt，计算公式为
Figure BDA0002225851560000029
步骤五：根据步骤一得到的λm和步骤四得到的λt，经λm-λt得到误差角Δq；
步骤六：误差角Δq经过虚拟失调角计算模块JS5反馈通过虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6，从而得到惯性空间目标视线角速重构值
Figure BDA00022258515600000210
计算公式为
Figure BDA00022258515600000211
上式中，
Figure BDA00022258515600000212
为虚拟光轴惯性空间目标视线角速度重构值；Δq为误差角；JS5、
JS6分别是虚拟失调角计算模块和虚拟光轴惯性空间指向角速度模块；Kp、Ki、Kd为PID控制器的参数。
发明效果
本发明的技术效果在于：通过引入虚拟光轴的新概念，实现了惯性空间目标视线角速度的重构；同经典的直接微分法，该方法具有不放大噪声，便于多速率信号处理的优点。
附图说明
图1为导引头系统结构图
图2为方法流程图
具体实施方式
参见图1—图2，图1中，各个参数解释如下：
JS1:弹体坐标系目标视线角测量，滤波估计和差补计算模块【，惯性测角元件】；
JS2:弹体姿态角测量，滤波估计计算模块【，惯性测角元件】；
JS3:虚拟光轴惯性空间指向角计算模块【，惯性测角元件】；
JS4:虚拟光轴弹体系指向角重构及匹配滤波计算模块【，惯性测角元件】；
JS5:虚拟失调角计算模块【，惯性测角元件】；
JS6:虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块【，惯性测速元件】；
q：视线角
Figure BDA0002225851560000031
虚拟光轴惯性空间目标视线角速度重构值；
qt：虚拟光轴惯性空间目标视线角重构值；
Figure BDA0002225851560000032
弹体姿态角
Figure BDA0002225851560000033
弹体姿态角测量值
λ：失调角；
λm：失调角测量值；
λt：虚拟失调角；
Δq：误差角；
JS1＝1；JS2＝1；JS3＝1/s；JS4＝1；JS5＝1；JS6＝Kp+Ki/s+Kd·s为各个计算模块的近似传递函数。
下面根据附图进行详细说明：
首先，用由捷联导引头工作部分框图得到的捷联导引头视线角q除去弹体姿态角
Figure BDA0002225851560000041
后，通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm【，计算公式为λm＝λ·JS1＝q-θ】；同时，系统输出
Figure BDA0002225851560000042
积分得到qt【，计算公式为
Figure BDA0002225851560000043
】，减去弹体姿态角
Figure BDA0002225851560000044
的测量值
Figure BDA0002225851560000045
通过匹配滤波计算模块JS4得到虚拟失调角λt【，计算公式为
Figure BDA0002225851560000046
】；
然后，将误差角Δq＝λm-λt经过虚拟失调角计算模块JS5反馈通过虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6，从而得到惯性空间目标视线角速重构值
Figure BDA0002225851560000047
【，计算公式为
Figure BDA0002225851560000048
】。
图1所示导引头系统的闭环传递函数为：
Figure BDA0002225851560000049
其中，当比例系数Kp＞＞Ki，Kd较大时，
Figure BDA00022258515600000410
即惯性空间目标视线角速重构值
Figure BDA00022258515600000411
能够很快地跟踪目标视线惯性空间角速度
Figure BDA00022258515600000412
的动态特性。
通过简单推导可以证明虚拟光轴惯性空间指向角速度可作为目标视线惯性空间角速度的估计值。

Claims (1)

1.一种基于虚拟光轴的捷联导引头系统综合新方法，其特征在于，所述系统包括滤波估计和差补计算模块JS1、滤波估计计算模块JS2、虚拟光轴惯性空间指向角计算模块JS3、虚拟光轴弹体系指向角重构及匹配滤波计算模块JS4、虚拟失调角计算模块JS5和虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6；该方法包括以下步骤：
步骤一：根据捷联导引头视线角q和弹体姿态角
Figure FDA0002225851550000011
两者相减得到λ，计算公式为
Figure FDA0002225851550000012
通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm，计算公式为：
λm＝λ·JS1＝q-θ；
步骤二：虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6输出
Figure FDA0002225851550000013
积分得到qt，计算公式为
Figure FDA0002225851550000014
步骤三：弹体姿态角
Figure FDA0002225851550000015
通过滤波估计计算模块JS2得到弹体姿态角测量值
Figure FDA0002225851550000016
计算公式为：
Figure FDA0002225851550000017
步骤四：将步骤二得到的qt和步骤三得到的
Figure FDA0002225851550000018
经过匹配滤波计算模块JS4得到虚拟失调角λt，计算公式为
Figure FDA0002225851550000019
步骤五：根据步骤一得到的λm和步骤四得到的λt，经λm-λt得到误差角Δq；
步骤六：误差角Δq经过虚拟失调角计算模块JS5反馈通过虚拟光轴惯性空间指向角速度计算模块JS6，从而得到惯性空间目标视线角速重构值
Figure FDA00022258515500000110
计算公式为
Figure FDA00022258515500000111
上式中，
Figure FDA00022258515500000112
为虚拟光轴惯性空间目标视线角速度重构值；Δq为误差角；JS5、JS6分别是虚拟失调角计算模块和虚拟光轴惯性空间指向角速度模块；Kp、Ki、Kd为PID控制器的参数。
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基于机动目标跟踪的相控阵雷达导引头一体化制导技术研究;朱学平等;《西北工业大学学报》;20131031;第31卷(第5期);第659-700页 *

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