滚仰导引头关键技术及其在空空导弹上的应用研究

发布时间：2020-06-01 21:01

【摘要】：本文以空空导弹武器系统为应用背景,结合国内型号项目的研制需求,针对滚仰导引头研发过程中关心的理论问题及涉及到的关键技术进行了研究,为我国滚仰导引头总体设计以及在在空空导弹上的应用提供理论依据,研究成果可直接服务于工业部门,并对相应的工程研制提供重要支撑。首先,梳理了空空导弹的发展动态,完成了对国外新一代空空导弹的技术调研,对国外先进导引头技术的发展及其在空空导弹上的应用进行了综述,在此基础上确定了本文的研究对象——基于库德光路的半捷联滚仰导引头。对滚仰导引头技术发展、视线角速度提取以及隔离度寄生回路研究等技术领域的发展进行了调研分析。其次,对导引头的功能和组成进行了介绍,给出了与滚仰导引头相关的坐标系定义,推导得到了各坐标系之间的转换关系。对滚仰导引头的库德光路进行了分析,推导得到了从弹体捷联探测器到虚拟内框探测器的误差角传递特性。以红外成像导引头为例进行了数学仿真,结果表明在真实弹目视线保持不变的情况下,弹体扰动带来的框架角运动将导致捷联探测器目标图像发生旋转。第三,通过对比滚仰式导引头和俯仰-偏航式导引头的光点在像球面上的运动规律,完成了滚仰导引头的跟踪原理分析。根据滚仰导引头框架运动规律,推导得到了基于坐标转换方法和基于旋量理论的两种框架角增量指令计算方法,并对其计算精度进行了仿真验证。从目标跟踪、视线稳定和角增量指令计三个角度分析了滚仰导引头对小离轴角区域目标的过顶奇异性问题,并给出了分区域的过顶控制策略。第四,分析了滚仰导引头的动力学特性,由于滚仰导引头内外框之间的运动关系,导引头外框负载以及外框相对弹轴的转动惯量是时变的,推导得到了基于时变转动惯量的导引头动力学方程。导引头动力学方程表明两通道之间存在耦合,提出了一种基于控制力矩补偿的通道间解耦方法,并通过仿真进行了验证。针对半捷联导引不能直接输出光轴视线角速度的问题,提出了三种视线角速度提方案。概括了贝叶斯框架下的非线性滤波理论,采用扩展卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波进行了滚仰半捷联导引头框架角速度滤波估计研究。第五,分别在导引头的滚转通道和俯仰通道定义了单通道隔离度,分析了滚仰导引头对弹体扰动的隔离作用,提出了一种探测器误差角补偿方法,使导引头控制回路不响应由于光轴受迫运动引起的误差角变化。以滚转通道为例分析了单通道半捷联导引头隔离度特性,推导得到了了反电势、干扰力矩、刻度尺误差造成的隔离度传递函数,仿真得到了导引头参数取典型数值时的隔离度幅相特性。将隔离度产生的光轴视线角速度转换到惯性系,得到惯性系下的俯仰和偏航通道耦合模型,分析了两通道的耦合特性。建立了包括隔离度寄生回路的两通道制导控制模型,分析了隔离度寄生回路对制导精度的影响。第六,为了满足末端大机动要求,已经有对空导弹开始在弹道末端交会刻时引入直接力控制,为了充分利用脉冲发动机资源,要求导弹以一定的角速度自旋。选取相控阵主动雷达导引头+被动捷联干涉仪作为复合制导方式,在弹体旋转情况下进行了耦合特性及解耦方法的研究。建立了弹体旋转条件下相控阵导引头两回路交叉耦合数学模型,分析了交叉耦合产生的原因,提出了满足解耦条件的相控阵导引头前向增益设计要求。研究了弹体旋转条件下被动捷联干涉仪测角原理,对基于动力陀螺及速率陀螺辅助解耦方案进行了详细分析,并对被动干涉仪+主动相控阵导引头复合制导信息融合跟踪模式进行研究。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ765.331

【参考文献】