导引头技术是精确制导武器的核心技术之一,用以完成对目标的自主搜索、识别和跟踪,并形成指令控制导弹飞向目标,因此导引头性能对导弹的作战性能具有重大影响。为了满足高精度、小型化制导弹药的要求,半捷联导引头应运而生。本文基于飞行昆虫捕食时使用的内模原理,主要针对半捷联导引头存在的无法直接获取天线角速度和弹目视线角速度、弹体耦合严重等问题,研究了半捷联导引头的稳定与跟踪技术。本文旨在为仿生弹药的发展奠定理论与技术基础。本文的主要工作包括:首先建立了半捷联导引头框架运动学和动力学模型,进一步说明了半捷联稳定方式与速率陀螺稳定方式的区别,并分析弹体耦合和框架交叉耦合对框架角速度的影响;其次建立了角跟踪系统的单通道滤波模型,采用卡尔曼滤波的方法来估计用于比例导引的弹目视线角速率,并且得到了跟踪误差角和目标加速度的滤波值。然后介绍了半捷联稳定原理以及传统的角速度补偿方法,并根据蜻蜓的捕食行为提出了半捷联稳定跟踪的仿生控制方法,对比了不同初始条件下的两种方法,证明此仿飞行昆虫追踪的方法可以更好地实现光轴自稳和追踪效果;最后介绍了生物内模原理,并使用同原理的预测控制研究了半捷联导引头与弹体姿态的一体化设计,推导出解析形式的控制律,建立半捷联导引头稳定跟踪与弹体姿态一体化的数学模型。由于寄生回路的存在,使得半捷联导引头与弹体姿态严重耦合,影响导引头的稳定与跟踪。仿真结果显示利用卡尔曼滤波可较为准确地提取弹目视线角速度,以用于实现比例导引,验证了将蜻蜓的捕食原理应用到半捷联导引头的稳定跟踪中的可行性,并且根据生物内模原理采用一体化设计具有较好的控制性能。