CN110727195A - 一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法 - Google Patents

一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法，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，此外，捷联导引头跟踪稳定回路采用双速率控制方法，使捷联导引头具有更好的去耦性能，对于釆用一阶保持器带来的需要获得信号微分问题，釆用自抗扰跟踪微分器代替直接微分算法，可以有效减小噪声对跟踪回路性能的影响。

Description

一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法
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自抗扰双速率控制方法。
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。采用微分网络放大系统噪声对跟踪回路性能产生影响。
此外，在工程中，为了实现双速率釆样控制系统，通常在信号通道上引入采样保持器，以实现不同釆样速率信号的匹配，最常见的做法是引入零阶保持器。理论研究和实践工作表明，使用零阶保持器时，导引头去耦性能不太理想。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了实现捷联导引头跟踪稳定控制器双速率釆样控制，减小噪声对跟踪回路性能的影响，完成惯性空间中目标视线角速度的重构，本发明设计一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法。
本发明的技术方案是：一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法，包括以下步骤：
步骤一：，捷联导引头视线角q除去弹体姿态角θ后，两者相减得到λ，计算公式为λ＝q-θ；
之后通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm；
λm＝JS1·(q-θ)＝q-θ
同时，弹上惯导系统实时测量弹体姿态角通过一阶保持器后得到测量值θm；
θm＝JS2·θ＝θ
实际惯性空间视线角q减去弹体弹体姿态角θ后，通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm(即捷联导引头测量出的弹体视线角)，这里描述的是捷联导引头测量弹体视线角的原理，在测量过程中是不用知道实际惯性空间视线角q和弹体弹体姿态角θ的具体数值的；
步骤二：对系统输出
Figure BDA0002225851880000022
进行积分，经过采样和一阶保持器后，得到qt；
Figure BDA0002225851880000021
初始值是未知的，系统输出需要经过一系列计算才能得到；
qt的初始值设为0，在制导过程中，利用误差角Δq不断修正误差，使得
Figure BDA0002225851880000024
能无差跟踪实际惯性空间视线角速率
Figure BDA0002225851880000025
步骤三：qt减去步骤一得到的弹体姿态角测量值θm，通过匹配滤波计算模块JS4得到虚拟失调角λt；
λt＝JS4·(qt-θm)＝qt-θm
步骤四：根据步骤一和步骤二得到误差角Δq＝λm-λt；将误差角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 BDA0002225851880000031
JS6模块为PID控制模块，其近似传递函数为
Figure BDA0002225851880000033
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
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，此外，捷联导引头跟踪稳定回路采用双速率控制方法，使捷联导引头具有更好的去耦性能，对于釆用一阶保持器带来的需要获得信号微分问题，釆用自抗扰跟踪微分器代替直接微分算法，可以有效减小噪声对跟踪回路性能的影响。
附图说明
图1导引头系统结构图
图2基本流程图
具体实施方式
参见图1—图2，本发明提出了一种基于虚拟光轴的捷联导引头跟踪稳定回路双速率控制的新方法。该方法以捷联图像导引头信息和惯导信息为基础，采用类似于常平架式图像导引头的工作原理，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。
由于捷联导引头图像跟踪器的信号输出频率目前最高为100Hz左右，而为了使捷联导引头具有更好的去耦性能，测量的弹体扰动角速度釆样信号频率在500Hz以上。这将导致跟踪稳定控制器输入信号存在两个釆样频率，即是一个双速率采样控制系统。
此外，本发明釆用一阶保持器有效改善了零阶保持器的不足，提高了导引头性能。
釆用一阶保持器带来的新问题是需要获得信号的微分。因为导引头图像跟踪器捷联在弹体上，导弹飞行过程中弹体剧烈摆动的影响需要电子稳像算法处理。通常情况下在捷联导引头测量信息中包含有比活动跟踪导引头更大的检波噪声和CCD量化噪声，直接对信号微分面临着噪声放大的风险。在这里提出釆用自抗扰跟踪微分器代替直接微分算法。
下面进行进一步解释说明。
图1中，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；
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；
q：视线角
Figure BDA0002225851880000041
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；
θ：弹体姿态角
θm：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。
本发明提出的一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法，图2为这种方法的基本流程图，包括以下步骤：
步骤一：，捷联导引头视线角q除去弹体姿态角θ后，通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm；
λm＝JS1·(q-θ)＝q-θ
同时，弹上惯导系统实时测量弹体姿态角通过一阶保持器后得到测量值θm；
θm＝JS2·θ＝θ
实际惯性空间视线角q减去弹体弹体姿态角θ后，通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm(即捷联导引头测量出的弹体视线角)，这里描述的是捷联导引头测量弹体视线角的原理，在测量过程中是不用知道实际惯性空间视线角q和弹体弹体姿态角θ的具体数值的；
步骤二：对系统输出
Figure BDA0002225851880000054
进行积分，经过采样和一阶保持器后，得到qt；
Figure BDA0002225851880000051
Figure BDA0002225851880000055
初始值是未知的，系统输出需要经过一系列计算才能得到；
qt的初始值设为0，在制导过程中，利用误差角Δq不断修正误差，使得
Figure BDA0002225851880000056
能无差跟踪实际惯性空间视线角速率
Figure BDA0002225851880000057
步骤三：qt减去步骤一得到的弹体姿态角测量值θm，通过匹配滤波计算模块JS4得到虚拟失调角λt；
λt＝JS4·(qt-θm)＝qt-θm
步骤四：根据步骤一和步骤二得到误差角Δq＝λm-λt；将误差角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 BDA0002225851880000052
Figure BDA0002225851880000053
图1中的一阶保持器用于步骤一、二中得到弹体扰动釆样信号θm和虚拟光轴惯性空间目标视线角重构值qt。
一阶保持器传递函数为：
Figure BDA0002225851880000061
其中T表示采样周期，相比零阶保持器，其传递函数为
Figure BDA0002225851880000062
可以观察到，一阶保持器的使用引入了信号的微分。釆用自抗扰跟踪微分器代替一阶保持器中的直接微分算法，可以避免直接对信号微分面从而放大噪声的风险。
自抗扰微分器传递函数为：
Figure BDA0002225851880000063
Γ1、Γ2均为时间常数，0<Γ1<Γ2。

Claims (1)

1.一种基于虚拟光轴的捷联导引头自抗扰双速率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：，捷联导引头视线角q除去弹体姿态角θ后，两者相减得到λ，计算公式为λ＝q-θ；
之后通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm；
λm＝JS1·(q-θ)＝q-θ
同时，弹上惯导系统实时测量弹体姿态角通过一阶保持器后得到测量值θm；
θm＝JS2·θ＝θ
实际惯性空间视线角q减去弹体弹体姿态角θ后，通过滤波估计与差补计算模块JS1，得到失调角测量值λm(即捷联导引头测量出的弹体视线角)；
步骤二：对系统输出
Figure FDA0002225851870000015
进行积分，经过采样和一阶保持器后，得到qt；
Figure FDA0002225851870000011
qt的初始值设为0，在制导过程中，利用误差角Δq不断修正误差，使得
Figure FDA0002225851870000016
能无差跟踪实际惯性空间视线角速率
Figure FDA0002225851870000017
步骤三：qt减去步骤一得到的弹体姿态角测量值θm，通过匹配滤波计算模块JS4得到虚拟失调角λt；
λt＝JS4·(qt-θm)＝qt-θm
步骤四：根据步骤一和步骤二得到误差角Δq＝λm-λt；将误差角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 FDA0002225851870000012
Figure FDA0002225851870000013
JS6模块为PID控制模块，其近似传递函数为
Figure FDA0002225851870000014
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116974208A (zh) * 2023-09-22 2023-10-31 西北工业大学 基于捷联导引头的旋翼无人机目标打击控制方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865272A (zh) * 2016-05-27 2016-08-17 北京航空航天大学 一种用于半捷联制导导弹的一体化控制方法
CN106681348A (zh) * 2017-01-13 2017-05-17 西北工业大学 考虑全捷联导引头视场约束的制导控制一体化设计方法
CN107203770A (zh) * 2017-05-27 2017-09-26 上海航天控制技术研究所 一种光学捷联导引头图像跟踪方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865272A (zh) * 2016-05-27 2016-08-17 北京航空航天大学 一种用于半捷联制导导弹的一体化控制方法
CN106681348A (zh) * 2017-01-13 2017-05-17 西北工业大学 考虑全捷联导引头视场约束的制导控制一体化设计方法
CN107203770A (zh) * 2017-05-27 2017-09-26 上海航天控制技术研究所 一种光学捷联导引头图像跟踪方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHU XUEPING 等: "Design and Simulation System by Virtual Prototype for Infrared Imaging Seeker", 《COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL》 *
朱学平 等: "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", 《西北工业大学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116974208A (zh) * 2023-09-22 2023-10-31 西北工业大学 基于捷联导引头的旋翼无人机目标打击控制方法及系统
CN116974208B (zh) * 2023-09-22 2024-01-19 西北工业大学 基于捷联导引头的旋翼无人机目标打击控制方法及系统

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