基于捷联导引头的大气层外飞行器末制导律研究

发布时间：2020-05-21 14:07

【摘要】：为了应对弹道导弹的威胁,美俄等军事强国先后加强了对导弹防御系统的研究。尤其是美国,已经建立了一套多基、分层导弹防御系统,其核心组成部分之一是大气层外拦截器,而高精度末制导律设计是保证其拦截精度的关键技术。传统的大气层外飞行器末制导依赖于红外导引头,制导律采用比例导引法。然而,随着捷联导引头的出现,成本低、重量轻等一系列优势使其逐渐成为军事领域的研究热点。然而捷联导引头只能测量目标的相对视线角,无法直接获得视线角速率,导致比例导引等传统制导律无法应用。因此,针对捷联导引头的特点,本论文重点对大气层外飞行器的捷联末制导律进行研究。主要研究内容包括以下几个方面:首先,给出了论文研究涉及到的相关坐标系定义及其转换关系,建立了大气层外飞行器的质心动力学模型和绕质心动力学模型。同时,根据捷联导引头的工作原理,推导了其测量模型,为后续的末制导律研究和姿态控制系统设计等内容提供理论基础。由于传统的追踪制导律、比例导引律等方法是新型捷联制导律的理论基础,首先对经典制导律进行了研究和分析。在此基础上,结合捷联导引头仅能测量角度信息的特点,提出了适合于大气层外飞行器应用的捷联修正追踪制导律、捷联比例导引律。为提高响应速度,加入非线性环节,给出两种非线性捷联制导律。针对一种特定的轨控发动机布局方案,对PWPF推力调制方法进行了研究,最后进行了仿真研究和对比分析。考虑到基于捷联导引头测量的视线角信息,采用非线性滤波方法可以估计视线角速率信息,进而应用比例导引的方法可实现大气层外飞行器末制导。因此,首先建立了视线角与视线角速率之间的数学模型,作为滤波器的量测方程;将视线角速率变化用一阶马尔科夫模型描述,作为滤波器的状态方程,基于扩展卡尔曼滤波方法,估计出视线角速率信息。将估计得到的视线角速率与比例导引方法相结合,进行大气层外飞行器的末制导研究,最后进行了仿真研究。最后,设计了大气层外飞行器的姿态控制系统。在此基础上,分别与捷联制导律和视线角速率提取两种末制导方案相结合,进行大气层外飞行器捷联制导六自由度综合仿真分析,分析影响制导控制精度的各种因素,对比和评估评估各种方法的制导控制精度。
【图文】：

示意图,动能拦截器,示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文器上的应用奠定基础。外研究现状能拦截器(KKV)发展现状，反导拦截技术研究及反导系统建设是世界各国都十分关注的方面进行了大量试验并取得很多成果。其中，在技术方面比较V 直接碰撞杀伤目标[13-19]。是通过直接撞击目标将其摧毁的高速飞行器。KKV 利用导引头，其轨道机动和姿态控制通过轨控发动机和姿控发动机实现。V 成功碰撞目标，要求制导控制系统具有很高的精度。

发射场,导弹防御,靶弹,直接碰撞

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文功捕获目标后实施变轨，直接碰撞目标将其摧毁。这次试验表明美天基信息发射拦截弹实施对弹道导弹拦截的能力。地基中段反导方面，2010 年美国导弹防御局进行了两次地基拦截弹nterceptor, GBI)的飞行拦截试验，，但分别因为锁定软件缺陷导致的“”故障、高频振动引起的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IM。此后，美国导弹防御局采取了软件改进和硬件修复等措施，并于合相关部门重新进行了地基中段防御系统飞行拦截试验，成功拦截了射的中程弹道导弹靶弹。在实验中，拦截弹上的三级助推火箭将动预定轨道，随后动能拦截器飞向目标直接碰撞摧毁靶弹弹头。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ765.3

【参考文献】