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半捷联稳定与跟踪技术作为一项新型的数字技术,已成为中小型空-空和空-地战术导弹重点的发展方向之一。在半捷联成像导引头中,惯性测量元件位于框架基座上或与导弹共用一套惯性系统,用于测量弹体的角速度信息,控制视轴稳定的反馈信息必须通过复杂的数字解算才能获得。半捷联导引头的优点在于:解决了战术导弹导引头空间受限的问题,有效地减小了导引头的体积,降低研制成本;体积和重量的减轻使其结构排布更加紧凑,有效地提高机械谐振频率;与导弹共用惯性导航系统,不仅节省了陀螺成本,而且可以获得更高精度的反馈信息,同时也为导引头与制导系统的一体化设计提供了可能性。但是,由于视轴稳定的反馈信号是通过测角传感器和弹载惯性系统解算获得,导致速度稳定回路的带宽有限,扰动隔离度较差;作为合成速度的源信号的两种传感器:角度传感器和惯性元件,动力学模型存在差异,如果直接合成则存在较大误差,严重影响稳定平台的动态性能,因此需要针对具体的传感器进行分析设计。
课题来源于航天集团某研究所与我所联合预研的关于“某型空地红外成像导引头”的研究。本论文针对半捷联导引头稳定控制算法与角跟踪技术进行深入研究。重点介绍了半捷联成像导引头的稳定原理,推导了系统的数学模型和动力学模型。对该技术的主要技术难点(如视线角速率的提取和半捷联稳定控制的实现等问题)进行综合考虑,提出了相应的设计思路和解决方案。最后,根据预研课题要求建立一套半捷联红外成像导引头的原理样机,并先后在通过了实验室的指标测试和外场的科研试飞检验,实验结果证明了该方法的可行性。
多项实验结果表明:半捷联红外导引头能够有效地隔离载体扰动,稳定、快速的跟踪目标,基本达到传统稳定方式相当的隔离效果,可以稳定、快速的跟踪目标,采样频率由800Hz降至200Hz的情况下,系统的稳定精度也没有出现明显的下降。