CN116566358A - 一种高超声速火箭弹滤波方法 - Google Patents
一种高超声速火箭弹滤波方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116566358A CN116566358A CN202310567725.8A CN202310567725A CN116566358A CN 116566358 A CN116566358 A CN 116566358A CN 202310567725 A CN202310567725 A CN 202310567725A CN 116566358 A CN116566358 A CN 116566358A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filtering
- angular rate
- period
- filter
- missile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
- H03H17/0211—Frequency selective networks using specific transformation algorithms, e.g. WALSH functions, Fermat transforms, Mersenne transforms, polynomial transforms, Hilbert transforms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B15/00—Self-propelled projectiles or missiles, e.g. rockets; Guided missiles
- F42B15/01—Arrangements thereon for guidance or control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Algebra (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高超声速火箭弹滤波方法，首先采用双线性变换法对滤波器进行离散化，然后设计滤波算法，以4ms解算周期实现了2ms的滤波效果，试验表明优化后的滤波算法效果较好。
Description
技术领域
本发明属于导弹技术领域，具体涉及一种高超声速火箭弹滤波方法。
背景技术
高超声速火箭弹制导控制系统比较复杂，输入信号较多、计算量较大，导致弹载计算机解算周期往往在4ms左右。而弹体角速率信号作为参与控制解算的短周期输入信号，其信号品质对控制效果影响较大，弹载惯性装置输出的角速率信息测量周期为2ms。如何在弹载计算机4ms解算周期中利用2ms周期的角速率信息，目前常规的用法是将2ms信息用4ms周期采样后进行使用，此时使用的滤波器也是以4ms周期离散化的滤波器，这样不仅造成了信息资源的浪费，同时也使得滤波效果下降。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高超声速火箭弹滤波方法，首先采用双线性变换法对滤波器进行离散化，然后设计滤波算法，以4ms解算周期实现了2ms的滤波效果，试验表明优化后的滤波算法效果较好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：采用双线性变换法对滤波器进行离散化；
滤波器的传递函数为：
其中，/>为陷波中心频率；
采用变换关系：
其中为离散化周期；
则离散化的滤波器为
步骤2：滤波算法设计；
将每个解算周期得到的两帧角速率信息进行分组，分别记为前2ms角速率和后2ms角速率/>；
利用步骤1离散化后的滤波器进行滤波，如下所示：
其中，为滤波器滤波结果，/>为中间变量，/>为上一帧的滤波结果，/>为上一帧的后2ms角速率，/>为上一帧的前2ms角速率；
本发明的有益效果如下：
本发明以某高超声速火箭弹为背景，对制导控制系统设计中的滤波算法进行了研究，以4ms解算周期实现了2ms的滤波效果，试验表明优化后的滤波算法效果较好。
附图说明
图1是本发明实施例含滤波器的自动驾驶仪控制系统结构框图。
图2是本发明实施例原始含噪声的角速度信号及滤波后角速度信号曲线。
图3是本发明实施例原始信号和滤波后信号的局部放大曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
当弹载计算机解算周期大于输入信号周期时由于滤波方法不当会造成输入信息不能充分利用和滤波效果下降的情况。导弹飞行过程中弹载计算机利用惯导等测量部件输出的飞行状态量计算得到控制指令，然后通过舵机执行以控制导弹飞向目标。然而测量信息中经常夹杂着测量噪声，因此为了平稳的控制导弹飞行，设计制导控制系统时就必须考虑滤波算法的设计。
本发明要解决的问题是如何在4ms解算周期内对2ms周期的输入信息进行滤波算法优化，具体可以总结为两个问题：滤波器离散化时长周期比短周期更容易造成频谱泄露而降低滤波效果；如果以4ms周期对2ms信息进行采样后使用势必会造成信息资源的浪费。本发明针对以上问题，解决在4ms解算周期内实现2ms信号的滤波算法优化设计。
一种高超声速火箭弹滤波方法，包括如下步骤：
步骤1：采用双线性变换法对滤波器进行离散化；
滤波器的传递函数为：
其中，/>为陷波中心频率；
采用变换关系：
其中为离散化周期；
则离散化的滤波器为
步骤2：滤波算法设计；
将每个解算周期得到的两帧角速率信息进行分组，分别记为前2ms角速率和后2ms角速率/>；
利用步骤1离散化后的滤波器进行滤波，如下所示：
其中，为滤波器滤波结果，/>为中间变量，/>为上一帧的滤波结果，/>为上一帧的后2ms角速率，/>为上一帧的前2ms角速率；
具体实施例：
1. 系统
弹载惯性装置，实时测量弹体角速率信息，发给弹载计算机，周期2ms；
弹载计算机，以4ms周期接收2帧弹载惯性装置2ms信息，并以4ms周期进行控制指令解算，为了避免测量信息中的噪声导致电动舵机抖动甚至发散，需要对弹体角速率信息进行滤波处理；
如图1所示，电动舵机，执行弹载计算机发出的控制指令，产生控制力矩，稳定弹体姿态，控制火箭弹飞向目标。
2. 方法
弹载惯性装置以2ms周期测量弹体俯仰或偏航角速率，并以4ms周期2帧的形式将角速度信息发给弹载计算机（即每4ms周期发送一次，发送信息为当前最新测量结果和2ms前测量结果）；
弹载计算机对弹体角速率信息进行滤波处理，由于角速率信号实际更新周期是2ms，弹载计算机的解算周期是4ms，为了不造成测量信息的浪费，本发明在4ms解算周期内实现了2ms等效的滤波效果（同理也可实现m*n解算周期内信号的等效n周期滤波）；
然后利用滤波后的角速率信号解算控制指令，再将控制指令发给电动舵机执行。
在幅值为5频率为1rad/s的正弦信号上叠加幅值为1周期为70Hz的正弦信号模拟噪声，如图2所示。
陷波中心频率取70Hz，将4ms周期滤波结果和上述等效2ms滤波结果绘图并局部放大，如图3所示。
从图中可以看出，两种方法都可以一定程度上抑制噪声，通过比较可以看出利用改进后的等效2ms周期滤波算法的时延更小，噪声抑制效果更好。
当飞控计算周期是角速度信号周期的n倍，n越大时本方法的效果越明显。
Claims (1)
1.一种高超声速火箭弹滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用双线性变换法对滤波器进行离散化；
滤波器的传递函数为：
；
其中，/>为陷波中心频率；
采用变换关系：
；
其中为离散化周期；
则离散化的滤波器为
；
步骤2：滤波算法设计；
将每个解算周期得到的两帧角速率信息进行分组，分别记为前2ms角速率和后2ms角速率/>；
利用步骤1离散化后的滤波器进行滤波，如下所示：
；
其中，为滤波器滤波结果，/>为中间变量，/>为上一帧的滤波结果，/>为上一帧的后2ms角速率，/>为上一帧的前2ms角速率；
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310567725.8A CN116566358A (zh) | 2023-05-19 | 2023-05-19 | 一种高超声速火箭弹滤波方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310567725.8A CN116566358A (zh) | 2023-05-19 | 2023-05-19 | 一种高超声速火箭弹滤波方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116566358A true CN116566358A (zh) | 2023-08-08 |
Family
ID=87499823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310567725.8A Pending CN116566358A (zh) | 2023-05-19 | 2023-05-19 | 一种高超声速火箭弹滤波方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116566358A (zh) |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07295605A (ja) * | 1994-04-19 | 1995-11-10 | Recon Opt Inc | プラントを安定化するために自動的に調整する方法および装置 |
| US20010005162A1 (en) * | 1997-11-24 | 2001-06-28 | Mccullough Rob | Notch filter implemented using analog sampling |
| US20040066162A1 (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-08 | 3M Innovative Properties Company | Adaptable spatial notch filter |
| JP2007293571A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Yaskawa Electric Corp | 適応ノッチフィルタとそれを用いた制御装置 |
| US20090319065A1 (en) * | 2008-06-19 | 2009-12-24 | Texas Instruments Incorporated | Efficient Asynchronous Sample Rate Conversion |
| CN101842987A (zh) * | 2007-11-12 | 2010-09-22 | 松下电器产业株式会社 | Pll电路和使用该pll电路的角速度传感器 |
| JP2011160261A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 適応標本化装置および適応標本化プログラム |
| JP2014132739A (ja) * | 2013-01-03 | 2014-07-17 | Shinji Aranaka | デジタルノッチフィルタ |
| CN104155006A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 一种手持红外热像仪及其对小目标快速锁定测距的方法 |
| US20150178970A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Post-processed bokeh rendering using asymmetric recursive gaussian filters |
| CN112886896A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-01 | 无锡信捷电气股份有限公司 | 一种伺服系统用在线自适应陷波滤波器实现方法 |
| US20210399626A1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-23 | DIAMOND ELECTRIC MFG. Co.,Ltd. | Power conversion device |
| CN114398755A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-26 | 航天科工火箭技术有限公司 | 一种弹性滤波器设计方法 |
| US20230005610A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Verb Surgical Inc. | Scalable filtering infrastructure for variable control rates in a distributed system such as a surgical robotic system |
| CN116054656A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-05-02 | 湖南大学 | 一种永磁同步电机反电动势谐波扰动抑制的方法、系统及介质 |
-
2023
- 2023-05-19 CN CN202310567725.8A patent/CN116566358A/zh active Pending
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07295605A (ja) * | 1994-04-19 | 1995-11-10 | Recon Opt Inc | プラントを安定化するために自動的に調整する方法および装置 |
| US20010005162A1 (en) * | 1997-11-24 | 2001-06-28 | Mccullough Rob | Notch filter implemented using analog sampling |
| US20040066162A1 (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-08 | 3M Innovative Properties Company | Adaptable spatial notch filter |
| JP2007293571A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Yaskawa Electric Corp | 適応ノッチフィルタとそれを用いた制御装置 |
| CN101842987A (zh) * | 2007-11-12 | 2010-09-22 | 松下电器产业株式会社 | Pll电路和使用该pll电路的角速度传感器 |
| US20090319065A1 (en) * | 2008-06-19 | 2009-12-24 | Texas Instruments Incorporated | Efficient Asynchronous Sample Rate Conversion |
| JP2011160261A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 適応標本化装置および適応標本化プログラム |
| JP2014132739A (ja) * | 2013-01-03 | 2014-07-17 | Shinji Aranaka | デジタルノッチフィルタ |
| US20150178970A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Post-processed bokeh rendering using asymmetric recursive gaussian filters |
| CN104155006A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 一种手持红外热像仪及其对小目标快速锁定测距的方法 |
| US20210399626A1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-23 | DIAMOND ELECTRIC MFG. Co.,Ltd. | Power conversion device |
| CN112886896A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-01 | 无锡信捷电气股份有限公司 | 一种伺服系统用在线自适应陷波滤波器实现方法 |
| US20230005610A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Verb Surgical Inc. | Scalable filtering infrastructure for variable control rates in a distributed system such as a surgical robotic system |
| CN114398755A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-26 | 航天科工火箭技术有限公司 | 一种弹性滤波器设计方法 |
| CN116054656A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-05-02 | 湖南大学 | 一种永磁同步电机反电动势谐波扰动抑制的方法、系统及介质 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| MOHSEN TAMADDON, MOHAMMAD YAVARI: "High-performance time-based continuous-time sigma-delta modulators using single-opamp resonator and noise-shaped quantizer", MICROELECTRONICS JOURNAL, 31 December 2016 (2016-12-31) * |
| T. -I. KIM ET AL: "Application of discrete derivative method with a new frequency mapping technique for adaptive-notch-filter based vibration control in industrial servo systems", 2017 IEEE CONFERENCE ON CONTROL TECHNOLOGY AND APPLICATIONS (CCTA), 31 December 2017 (2017-12-31) * |
| X. HAN ET AL: "Quadratic-Kalman-Filter-Based Sensor Fault Detection Approach for Unmanned Aerial Vehicles", IEEE SENSORS JOURNAL, 31 December 2022 (2022-12-31) * |
| 刘子锐: "永磁同步电机周期性转矩/转速脉动抑制技术研究", 知网, 15 January 2019 (2019-01-15) * |
| 罗炳章: "永磁同步伺服系统谐振检测及抑制", 知网, 15 February 2021 (2021-02-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110716566B (zh) | 一种欠驱动无人艇的有限时间轨迹跟踪控制方法 | |
| CN103955218A (zh) | 一种基于非线性控制理论的无人艇轨迹跟踪控制装置及方法 | |
| CN102298326A (zh) | 欠驱动auv自适应轨迹跟踪控制装置及控制方法 | |
| US10082800B2 (en) | Method for stabilizing mission equipment using unmanned aerial vehicle command and posture information | |
| EP4068042A1 (en) | Recovery control method and apparatus for rocket, electronic device and storage medium | |
| CN116185058B (zh) | 一种运载火箭姿态控制方法、装置及飞控计算机 | |
| CN112180965A (zh) | 一种高精度过载控制方法 | |
| JP2606102B2 (ja) | 移動体搭載アンテナの追尾制御装置 | |
| CN104102132A (zh) | 基于非仿射非线性无人飞行器鲁棒自适应容错控制方法 | |
| Seong et al. | The stabilization loop design for a two-axis gimbal system using LQG/LTR controller | |
| JP2023529492A (ja) | 画像誘導飛翔体の遅延補償方法及びシステム | |
| CN114398755B (zh) | 一种弹性滤波器设计方法 | |
| CN116566358A (zh) | 一种高超声速火箭弹滤波方法 | |
| RU2394263C1 (ru) | Адаптивное устройство формирования сигнала управления продольно-балансировочным движением летательного аппарата | |
| CN109270840B (zh) | 一种导弹控制系统时变校正网络离散化方法 | |
| CN110647161B (zh) | 基于状态预测补偿的欠驱动uuv水平面轨迹跟踪控制方法 | |
| JP5760772B2 (ja) | 飛しょう体誘導制御装置 | |
| Sang et al. | Multivariable adaptive piecewise linear control design for NASA generic transport model | |
| CN111523076B (zh) | 基于Fal函数计算角加速度的方法、装置及系统 | |
| CN112398395B (zh) | 一种基于速度插值的惯量辨识方法、系统及存储介质 | |
| CN111077773B (zh) | 一种陀螺漂移量的自适应调节方法 | |
| CN112631317B (zh) | 一种运载火箭的控制方法、装置及计算机可读存储介质 | |
| CN108445754A (zh) | 单调整系数预测函数控制设计方法 | |
| CN116340730B (zh) | 一种火箭弹弹性振动频率在线辨识与抑制方法 | |
| JP3363914B2 (ja) | 飛しょう体の誘導制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |