專利名稱：：一種半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的制導(dǎo)信息構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種導(dǎo)彈制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，特別涉及一種半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，屬于導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的特點是，將常平架式導(dǎo)引頭上的慣性測量元件從平臺上取下來，直接捷聯(lián)安裝在彈體上，測量彈體三個方向上的角速度，平臺的基座與彈體剛性連接。半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的優(yōu)點是減小了平臺安裝空間，機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單，易于小型化，成本低。缺點是沒有機(jī)械獨立的穩(wěn)定平臺系統(tǒng)實現(xiàn)對彈體運動的隔離，所以彈體運動會耦合作用到光軸上，不能由機(jī)械裝置直接給出比例導(dǎo)引所需制導(dǎo)信息。一般半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭由探測器、框架、框架上的位置傳感器、和彈上的慣性測量組件構(gòu)成。探測器用于測量光軸指向與彈目視線之間的誤差角，而光軸相對于彈體的俯仰框架角和方位框架角由框架上的位置傳感器測量，慣性測量組件既可用于隔離彈體對導(dǎo)引頭的擾動，也可用于導(dǎo)彈自動駕駛儀。半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一是制導(dǎo)信息構(gòu)造問題?？蚣芙撬俾市盘柺侵茖?dǎo)信息的重要組成部分之一，目前獲取框架角速率信號的方法主要有以下幾種1)對框架角直接微分得到。這種方法在理論上可行，但在工程實踐中微分運算會對噪聲起放大作用，影響在工程實踐中的應(yīng)用，不能滿足制導(dǎo)精度要求。2)采用EKF濾波對半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的框架角速率進(jìn)行估計。由于EKF濾波估計精度不高，導(dǎo)致制導(dǎo)信息的構(gòu)造精度不理想。3)直接測量獲取，但這樣會增加導(dǎo)引頭硬件成本，增大導(dǎo)引頭體積。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決上述半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息構(gòu)造中的問題，提出了一種新的半捷聯(lián)尋的導(dǎo)弓I頭制導(dǎo)信息構(gòu)造方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，該方法是為了控制帶有半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中目標(biāo)，需要構(gòu)造制導(dǎo)信息；框架角速率信息是制導(dǎo)信息的重要組成部分，本發(fā)明采用Unscented卡爾曼濾波器UKF(UnscentedKalmanFilter)得到框架角速率比較準(zhǔn)確的估計值；為了采用UKF進(jìn)行濾波估計，首先需要建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，然后建立框架動力學(xué)的濾波狀態(tài)方程和測量方程，進(jìn)行框架角速率信息的遞推濾波估計。具體實現(xiàn)步驟如下1)建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)數(shù)學(xué)模型根據(jù)動量矩定理，建立兩框架半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的框架動力學(xué)模型如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>/5—^"/0a一//w/O=;","/0a=戶/0A—~P2-h〃「At—々A《/。+《/0+《/0++《/0+j"《="(《0-/fo)-26《0-《/0《=《/0—6《-62)/:/0+"6(C)+a《/0-6《/0『tcosHsin、=『;m少c『「*ccos;i少-sinA—《zsin、-『肌^cos入少為內(nèi)框連同光電負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量；>2少W為外框轉(zhuǎn)動慣量;入，分別為俯仰框架角和偏航框架角；巴。『為導(dǎo)彈旋轉(zhuǎn)角速度；r。z為內(nèi)框力矩電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩；;為外框力矩電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩。2)建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)的濾波狀態(tài)方程和測量方程定義狀態(tài)變量A=^x4=義y控制變量為"=[t;zt;f則其狀態(tài)方程和測量方程為7jt=JF(JC，w)+ww為狀態(tài)噪聲，v為測量噪聲濾波前，首先將上述微分方程轉(zhuǎn)化為等效離散模型。3)UKF濾波器初始化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中，^代表均值，P代表協(xié)方差，Z為狀態(tài)維數(shù)r-"2(丄+"-丄，r是一個比例縮放參數(shù)，通常取一個很小的正值；K為輔助尺度因子，應(yīng)確保矩陣V^^為半正定矩陣；P用于體現(xiàn)^的分布，若;c為高斯分布，"=2。4)計算"+l個sigma點義和它們的權(quán)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>下標(biāo)i代表第幾個采樣點；j^VIT7是比例因子；是矩陣(丄+"A的平方根，它是對稱的正定矩陣。5)濾波器時間更新<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中，2為系統(tǒng)狀態(tài)噪聲的協(xié)方差矩陣。6)濾波器測量更新<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中，/為測量噪聲的協(xié)方差矩陣。這樣，就得到了A時刻的狀態(tài)^和協(xié)方差A(yù)，其中&的第二和第四項即為俯仰和偏航框架角速率。7)構(gòu)造制導(dǎo)信息，對導(dǎo)彈進(jìn)行導(dǎo)引半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的制導(dǎo)信息由彈體旋轉(zhuǎn)角速率、框架角速度和目標(biāo)在像平面的移動角速度組成。其中框架角速率由上述UKF濾波得到，彈體旋轉(zhuǎn)角速率由彈上慣性測量組件得到，目標(biāo)在像平面的移動角速度由探測器測得的誤差角經(jīng)濾波微分得到。根據(jù)自動駕駛儀要求，將制導(dǎo)信息轉(zhuǎn)換到所需要的坐標(biāo)系中，即對導(dǎo)彈進(jìn)行導(dǎo)引飛行。8)判斷是否己進(jìn)入導(dǎo)引頭盲區(qū)，若是則停止濾波，導(dǎo)彈導(dǎo)引信息歸零；否則轉(zhuǎn)到4)。至此，通過上述8個步驟完成了基于UKF的半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息的構(gòu)造，構(gòu)造流程如圖1所示。有益效果本發(fā)明的一種半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，在框架角速率不可測情況下，構(gòu)造了半捷聯(lián)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)制導(dǎo)信息，構(gòu)造精度較高，能在干擾情況下控制導(dǎo)彈按比例導(dǎo)引飛向目標(biāo)。該方法成本低，防止了直接對框架角微分得到角速率的方法所造成的誤差放大，而且比采用EKF濾波得到的制導(dǎo)信息構(gòu)造精度高?？蓮V泛應(yīng)用于各類半捷聯(lián)尋的制導(dǎo)武器中，具有重要的軍事應(yīng)用前景。'圖1本發(fā)明的總體框圖2—圖6為采用本發(fā)明的構(gòu)造方法得到制導(dǎo)信息，對導(dǎo)彈進(jìn)行比例導(dǎo)引仿真，得到的各特征變量變化曲線；圖2俯仰框架角速率變化；圖3彈體系下的偏航框架角速率變化；圖4彈體姿態(tài)變化；圖5導(dǎo)彈俯仰平面飛行軌跡；圖6導(dǎo)彈偏航平面飛行軌跡；圖7—圖11為采用EKF濾波進(jìn)行制導(dǎo)信息構(gòu)造，并對導(dǎo)彈進(jìn)行比例導(dǎo)引仿真，得到各特征變量變化曲線；圖7俯仰框架角速率變化；圖8彈體系下的偏航框架角速率變化；'圖9彈體姿態(tài)變化；圖10導(dǎo)彈俯仰平面飛行軌跡；圖11導(dǎo)彈偏航平面飛行軌跡；具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。本發(fā)明包括下述步驟(如圖l所示)1)建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)數(shù)學(xué)模型根據(jù)動量矩定理，建立兩框架半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的框架動力學(xué)模型如下'<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>為內(nèi)框連同光電負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量;為外框轉(zhuǎn)動慣:4，、分別為俯仰框架角和偏航框架角；l。l"『^為導(dǎo)彈旋轉(zhuǎn)角速度；乙為內(nèi)框力矩電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩；.j;為外框力矩電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩。2)建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)的濾波狀態(tài)方程^定義狀態(tài)變量義l=義2=義2x3=、X4=A:方程控制變量為"=[r。zt;/則其狀態(tài)方程和測量方程為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>W為狀態(tài)噪聲，V為測量噪聲；上標(biāo)/表示該參數(shù)是采用濾波估計值或測量值計算得到的；濾波前，首先將上述微分方程轉(zhuǎn)化為等效離散模型。3)UKF濾波器初始化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中，^代表均值，P代表協(xié)方差，Z為狀態(tài)維數(shù)；r-W(丄+0-丄，r是一個比例縮放參數(shù)，通常取一個很小的正值；K為輔助尺度因子，應(yīng)確保矩陣#^為半正定矩陣；A用于體現(xiàn)x的分布，若JC為高斯分布，；5=2。4)計算2Z+1個sigma點z,和它們的權(quán)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>下標(biāo)i代表第幾個采樣點；其中^VZ77是比例因子；是矩陣(Z+r)^的平方根，它是對稱的正定矩陣。5)濾波器時間更新<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>式中，e為系統(tǒng)狀態(tài)噪聲的協(xié)方差矩陣。6)濾波器測量更新<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>*錢腸式中，及為測量噪聲的協(xié)方差矩陣。這樣，就得到了A時刻的狀態(tài)^和協(xié)方差A(yù)，其中&的第二和第四項即為俯仰和偏航框架角速率。7)構(gòu)造制導(dǎo)信息，對導(dǎo)彈進(jìn)行導(dǎo)引半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的制導(dǎo)信息由彈體旋轉(zhuǎn)角速率、框架角速度和目標(biāo)在像平面的移動角速度組成。其中框架角速率由上述UKF濾波得到，彈體旋轉(zhuǎn)角速率由彈上慣性測量組件得到，目標(biāo)在像平面的移動角速度由探測器測得的誤差角經(jīng)濾波微分得到。根據(jù)自動駕駛儀要求，將制導(dǎo)信息轉(zhuǎn)換到所需要的坐標(biāo)系中，即對導(dǎo)彈進(jìn)行導(dǎo)引飛行。8)判斷是否已進(jìn)入導(dǎo)引頭盲區(qū)，若是則停止濾波，導(dǎo)彈導(dǎo)引信息歸零；否則轉(zhuǎn)到4)。9)利用上述形成的制導(dǎo)信息，對導(dǎo)彈進(jìn)行比例導(dǎo)引，進(jìn)行某導(dǎo)彈末段尋的制導(dǎo)仿真，驗證制導(dǎo)信息的構(gòu)造精度。仿真中加入框架角度測量噪聲均方差為0.5度，彈體角速度測量噪聲均方差為0.5度/秒，轉(zhuǎn)動慣量拉偏10%，目標(biāo)向負(fù)z軸方向機(jī)動，速度為10W、導(dǎo)彈初始位置為(0，500，0)，目標(biāo)初始位置為(1000，0，500)。采用本發(fā)明的構(gòu)造方法得到制導(dǎo)信息，對導(dǎo)彈進(jìn)行比例導(dǎo)引仿真，得到各特征變量變化曲線如圖2—圖6所示，脫耙量小于0.5米。采用EKF濾波進(jìn)行制導(dǎo)信息構(gòu)造，并對導(dǎo)彈進(jìn)行比例導(dǎo)引仿真，得到各特征變量變化曲線如圖7—圖11所示，脫靶量大于8米。由圖可見，采用本發(fā)明構(gòu)造制導(dǎo)信息，導(dǎo)引導(dǎo)彈，打擊精度較高。權(quán)利要求1、一種半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，其特征在于構(gòu)造制導(dǎo)信息，用于控制帶有半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中目標(biāo)；采用Unscented卡爾曼濾波器UKF，用于得到框架角速率比較準(zhǔn)確的估計值；為了采用UKF進(jìn)行濾波估計，首先需要建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，然后建立框架動力學(xué)的濾波狀態(tài)方程和測量方程，進(jìn)行框架角速率信息的遞推濾波估計；具體實現(xiàn)步驟如下1)建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)數(shù)學(xué)模型根據(jù)動量矩定理，建立兩框架半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的框架動力學(xué)模型<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mrow><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo></mrow></mover><mi>z</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>oz</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>&beta;</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub></mfrac><msub><mi>T</mi><mi>oy</mi></msub><mo>-</mo><mo>[</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&beta;</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&delta;</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&gamma;</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub></mfrac><mo>]</mo><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><mo>[</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&beta;</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&delta;</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&gamma;</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub></mfrac><mo>]</mo><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>z</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>&delta;</mi><mn>4</mn></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>z</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>&delta;</mi><mn>3</mn></msub><msup><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>[</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&beta;</mi><mn>5</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&delta;</mi><mn>5</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>5</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&gamma;</mi><mn>3</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub></mfrac><mo>]</mo></mrow><mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>4</mn></msub><mo>-</mo><mfrac><mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>4</mn></msub><msub><mi>&beta;</mi><mn>3</mn></msub></mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub></mfrac></mrow></mfrac></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mrow><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo></mrow></mover><mi>y</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub></mfrac><mo>[</mo><msub><mi>T</mi><mi>oy</mi></msub><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&gamma;</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>&gamma;</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>z</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>4</mn></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mrow><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo></mrow></mover><mi>z</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>&alpha;</mi><mn>5</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>&gamma;</mi><mn>3</mn></msub><mo>]</mo></mrow>]]></math></maths>其中<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2009100883700002C3.tif"wi="13"he="5"top="161"left="31"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0004"file="A2009100883700002C4.tif"wi="14"he="5"top="161"left="51"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mn>0</mn></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0005"file="A2009100883700002C5.tif"wi="20"he="5"top="161"left="72"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0006"num="0006"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0006"file="A2009100883700002C6.tif"wi="13"he="5"top="161"left="97"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0007"num="0007"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&alpha;</mi><mn>5</mn></msub><mo>=</mo><mover><mi>a</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>a</mi><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mover><mi>b</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>b</mi><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mover><mi>c</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>c</mi><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0008"num="0008"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&gamma;</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math>id="icf0008"file="A2009100883700002C8.tif"wi="48"he="6"top="175"left="31"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0009"num="0009"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&gamma;</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>c</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>-</mo><mi>a</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0009"file="A2009100883700002C9.tif"wi="28"he="4"top="175"left="86"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0010"num="0010"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&gamma;</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mi>ac</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>x</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>x</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>bc</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>ab</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0011"num="0011"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0011"file="A2009100883700002C11.tif"wi="12"he="4"top="196"left="31"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0012"num="0012"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>z</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0012"file="A2009100883700002C12.tif"wi="13"he="4"top="196"left="49"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0013"num="0013"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0013"file="A2009100883700002C13.tif"wi="12"he="4"top="196"left="69"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0014"num="0014"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0014"file="A2009100883700002C14.tif"wi="12"he="4"top="196"left="85"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0015"num="0015"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&beta;</mi><mn>5</mn></msub><mo>=</mo><mover><mi>a</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>a</mi><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mover><mi>b</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>b</mi><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mover><mi>c</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>c</mi><msubsup><mover><mi>I</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>z</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0016"num="0016"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&delta;</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>x</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>b</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>-</mo><mi>c</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0016"file="A2009100883700002C16.tif"wi="47"he="4"top="209"left="31"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0017"num="0017"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&delta;</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>a</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>-</mo><mi>b</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0017"file="A2009100883700002C17.tif"wi="33"he="5"top="209"left="85"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0018"num="0018"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&delta;</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0018"file="A2009100883700002C18.tif"wi="14"he="4"top="216"left="31"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0019"num="0019"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&delta;</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math>id="icf0019"file="A2009100883700002C19.tif"wi="14"he="4"top="216"left="51"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0020"num="0020"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>&delta;</mi><mn>5</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>ab</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>I</mi><mi>x</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>ac</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup><mo>-</mo><mi>bc</mi><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mrow><mi>in</mi><mo>/</mo><mn>0</mn></mrow></msubsup></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0021"num="0021"><math><![CDATA[<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>a</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>b</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>c</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>W</mi><mi>mx</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>W</mi><mi>mz</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>W</mi><mi>my</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>W</mi><mi>mx</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mi>mz</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0022"num="0022"><math><![CDATA[<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mover><mi>a</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover></mtd></mtr><mtr><mtd><mover><mi>b</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover></mtd></mtr><mtr><mtd><mover><mi>c</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mover><mi>W</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>mx</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>W</mi><mi>mx</mi></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><msub><mover><mi>W</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>mz</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>W</mi><mi>mz</mi></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mover><mi>W</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>my</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mover><mi>W</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>mx</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>W</mi><mi>mx</mi></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>+</mo><msub><mover><mi>W</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>mz</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>W</mi><mi>mz</mi></msub><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub><mi>sin</mi><msub><mi>&lambda;</mi><mi>y</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0023"num="0023"><math><![CDATA[<mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>x</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mi>in</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced>]]></math>id="icf0023"file="A2009100883700003C2.tif"wi="25"he="19"top="51"left="30"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>為內(nèi)框連同光電負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量；<mathsid="math0024"num="0024"><math><![CDATA[<mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>x</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xy</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>y</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>xz</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>yz</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>I</mi><mi>z</mi><mi>o</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced>]]></math>id="icf0024"file="A2009100883700003C3.tif"wi="25"he="19"top="73"left="30"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>為外框轉(zhuǎn)動慣量；λz，λy分別為俯仰框架角和偏航框架角；Wmx、Wmy、Wmz為導(dǎo)彈旋轉(zhuǎn)角速度；Toz為內(nèi)框力矩電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩；Toy為外框力矩電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩；2)建立半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭框架動力學(xué)的濾波狀態(tài)方程和測量方程定義狀態(tài)變量x1＝λz<mathsid="math0025"num="0025"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>z</mi></msub></mrow>]]></math></maths>x3＝λy<mathsid="math0026"num="0026"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>x</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>&lambda;</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mi>y</mi></msub></mrow>]]></math></maths>控制變量為u＝[TozToy]T則其狀態(tài)方程和測量方程為<mathsid="math0027"num="0027"><math><![CDATA[<mrow><mover><mi>x</mi><mo>&CenterDot;</mo></mover><mo>=</mo><mi>F</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>u</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>w</mi></mrow>]]></math></maths>y＝[λzλy]T＝Hx+vw為狀態(tài)噪聲，v為測量噪聲濾波前，首先將上述微分方程轉(zhuǎn)化為等效離散模型；3)UKF濾波器初始化4)計算2L+1個sigma點xi和它們的權(quán)值5)濾波器時間更新6)濾波器測量更新7)構(gòu)造制導(dǎo)信息，對導(dǎo)彈進(jìn)行導(dǎo)引半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的制導(dǎo)信息由彈體旋轉(zhuǎn)角速率、框架角速度和目標(biāo)在像平面的移動角速度組成；其中框架角速率由上述UKF濾波得到，彈體旋轉(zhuǎn)角速率由彈上慣性測量組件得到，目標(biāo)在像平面的移動角速度由探測器測得的誤差角經(jīng)濾波微分得到；根據(jù)自動駕駛儀要求，將制導(dǎo)信息轉(zhuǎn)換到所需要的坐標(biāo)系中，即對導(dǎo)彈進(jìn)行導(dǎo)引飛行；8)判斷是否已進(jìn)入導(dǎo)引頭盲區(qū)，若是則停止濾波，導(dǎo)彈導(dǎo)引信息歸零；否則轉(zhuǎn)到4)；至此，通過上述8個步驟完成了基于UKF的半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息的構(gòu)造，能夠控制帶有半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈準(zhǔn)確命中目標(biāo)。全文摘要本發(fā)明涉及一種導(dǎo)彈制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，特別涉及一種半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，屬于導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明提出一種新的半捷聯(lián)尋的導(dǎo)引頭制導(dǎo)信息構(gòu)造方法，該方法基于Unscented卡爾曼濾波器(UKF)進(jìn)行框架角速率估計，然后進(jìn)行制導(dǎo)信息構(gòu)造，有效提高了制導(dǎo)信息的構(gòu)造精度，防止了直接對框架角微分得到角速率的方法所造成的誤差放大，而且比采用EKF濾波構(gòu)造得到的制導(dǎo)信息精度高，能在干擾情況下控制導(dǎo)彈按比例導(dǎo)引飛向目標(biāo)?？蓮V泛應(yīng)用于各類半捷聯(lián)尋的制導(dǎo)武器中，具有重要的軍事應(yīng)用前景。文檔編號G06F17/50GK101603800SQ200910088370公開日2009年12月16日申請日期2009年7月2日優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日發(fā)明者宋建梅,范健華申請人:北京理工大學(xué)