红外成像导引头捷联式稳定平台技术研究

论文摘要

导引头是自动寻的战术导弹的关键组成部分,其功能是使导弹快速和精确地跟踪目标。在末制导段,导引头的性能对成功拦截目标至关重要。在拦截目标过程中,弹体的角运动和质心运动会通过多种方式耦合到导引头光轴上,因此常用速率陀螺稳定平台来稳定导引头,目前这种方式得到了广泛的应用。但是,随着高精度、小型化导引头的发展需要,直接采用速率陀螺稳定的技术受到限制,为此提出采用捷联稳定方式来解决光轴稳定问题,捷联稳定方式的惯性器件不是安装在成像器上,而是安装在导引头的基座上,通过坐标变换实现平台稳定。本文针对红外成像导引头小型化问题,研究了捷联稳定平台技术,建立了捷联稳定平台的数学模型并进行了仿真,该方法采用弹上陀螺来稳定导引头稳定跟踪平台,解决了传统速率陀螺稳定平台体积受限的问题,经过仿真验证,可以满足现有战术导弹型号的指标要求。本论文重点研究了以下四点内容:1 )通过研究稳定平台运动学和动力学特性,建立了红外成像导引头捷联式稳定平台的数学模型,并进行了数字仿真,为研究捷联式稳定平台提供了理论基础。2 )研究捷联稳定平台的两种数字实现方式:角速度补偿法和角位置补偿法。对两种设计方法进行了比较,比较结果说明角速度补偿法更适于工程实现。3 )针对捷定平台去耦能力差的问题,开展了捷联式光轴稳定平台的可行性研究,采用了匹配滤波校正网络设计方法,提高了稳定平台的解耦精度。4 )针对捷联式稳定平台如何提取惯性视线角速率的问题,在捷联稳定的基础上,采用卡尔曼滤波方法来估计目标视线角速率,而不再依赖于平台控制系统自身微分特性,从而增加了稳定系统设计的灵活性。该设计方法对于采用捷联稳定的导引头如何实现比例导引具有指导意义。本论文的研究工作对于红外成像导引头减小体积,降低成本,解决空间体积有限制的战术导弹应用具有一定意义;同时,也可以用于解决其它体积有限制的运动载体上平台的稳定问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文结构
• 第二章 研究目标及研究内容
• 2.1 目标及技术指标
• 2.1.1 课题研究目标
• 2.1.2 所要达到的技术指标要求
• 2.2 研究内容及关键技术
• 2.2.1 研究内容
• 2.2.2 本课题需解决的关键技术
• 2.3 本章小结
• 第三章 捷联稳定平台数学建模
• 3.1 概述
• 3.2 稳定平台系统结构与坐标系定义及变换及工作原理
• 3.2.1 稳定结构与工作原理
• 3.2.2 稳定平台系统坐标系定义与坐标变换
• 3.3 平台框架运动学关系
• 3.3.1 角速度计算
• 3.3.2 平台框架角加速度
• 3.4 平台框架动力学建模
• 3.4.1 内外框动力学模型
• 3.4.2 外框动力学模型
• 3.4.3 基座动力学模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 角位置、角速度回路比较
• 4.1 概述
• 4.2 角速度补偿方法
• 4.3 角位置补偿方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 角速度稳定回路设计
• 5.1 性能指标要求
• 5.2 控制回路模型
• 5.2.1 内框模型
• 5.2.2 外框模型
• 5.2.3 内框控制回路参数设计
• 5.2.4 外框控制回路参数设计
• 5.3 外框控制回路性能分析
• 5.3.1 跟踪性能分析
• 5.3.2 去耦性能分析
• 5.4 匹配滤波器设计
• 5.4.1 匹配滤波器参数设计
• 5.4.2 加入匹配滤波器后外框控制回路性能分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 捷联视线角速度研究
• 6.1 概述
• 6.2 角跟踪系统总体设计思想
• 6.3 角跟踪系统数学建模
• 6.4 机动目标跟踪及视线角速率的估计
• 6.5 仿真结果分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文