基于捷聯(lián)導(dǎo)引頭的大氣層外飛行器末制導(dǎo)律研究

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1、碩士學位論文基于捷聯(lián)導(dǎo)引頭的大氣層外飛行器末制導(dǎo)律研究STUDYONTHETERMINALGUIDANCELAWFOREXO-ATOMOSPHERICSPACECRAFTBASEDONSTRAPDOWNSEEKER蔡正誼哈爾濱工業(yè)大學2015年6月國內(nèi)圖書分類號:TJ760.2學校代碼:10213國際圖書分類號:623密級:公開工程碩士學位論文基于捷聯(lián)導(dǎo)引頭的大氣層外飛行器末制導(dǎo)律研究碩士研究生:蔡正誼導(dǎo)師:崔乃剛教授申請學位:工程碩士學科:航天工程所在單位:航天學院答辯日期:2015年6月授予學位單位:哈爾濱工業(yè)大

2、學ClassifiedIndex:TJ760.2U.D.C:623DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringStudyontheTerminalGuidanceLawforExo-AtomosphericSpacecraftBasedonStrapdownSeekerCandidate:CaiZhengyiSupervisor:Prof.CuiNaigangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:Astr

3、onauticsEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticsDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文摘要為了應(yīng)對彈道導(dǎo)彈的威脅,美俄等軍事強國先后加強了對導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的研究。尤其是美國,已經(jīng)建立了一套多基、分層導(dǎo)彈防御系統(tǒng),其核心組成部分之一是大氣層外攔截器,而高精度末制導(dǎo)律設(shè)計是保證其攔截精度的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的大氣層外飛行器末

4、制導(dǎo)依賴于紅外導(dǎo)引頭,制導(dǎo)律采用比例導(dǎo)引法。然而,隨著捷聯(lián)導(dǎo)引頭的出現(xiàn),成本低、重量輕等一系列優(yōu)勢使其逐漸成為軍事領(lǐng)域的研究熱點。然而捷聯(lián)導(dǎo)引頭只能測量目標的相對視線角,無法直接獲得視線角速率,導(dǎo)致比例導(dǎo)引等傳統(tǒng)制導(dǎo)律無法應(yīng)用。因此,針對捷聯(lián)導(dǎo)引頭的特點,本論文重點對大氣層外飛行器的捷聯(lián)末制導(dǎo)律進行研究。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:首先,給出了論文研究涉及到的相關(guān)坐標系定義及其轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立了大氣層外飛行器的質(zhì)心動力學模型和繞質(zhì)心動力學模型。同時,根據(jù)捷聯(lián)導(dǎo)引頭的工作原理,推導(dǎo)了其測量模型,為后續(xù)的末制導(dǎo)律研究和姿

5、態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容提供理論基礎(chǔ)。由于傳統(tǒng)的追蹤制導(dǎo)律、比例導(dǎo)引律等方法是新型捷聯(lián)制導(dǎo)律的理論基礎(chǔ),首先對經(jīng)典制導(dǎo)律進行了研究和分析。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合捷聯(lián)導(dǎo)引頭僅能測量角度信息的特點,提出了適合于大氣層外飛行器應(yīng)用的捷聯(lián)修正追蹤制導(dǎo)律、捷聯(lián)比例導(dǎo)引律。為提高響應(yīng)速度,加入非線性環(huán)節(jié),給出兩種非線性捷聯(lián)制導(dǎo)律。針對一種特定的軌控發(fā)動機布局方案,對PWPF推力調(diào)制方法進行了研究,最后進行了仿真研究和對比分析??紤]到基于捷聯(lián)導(dǎo)引頭測量的視線角信息,采用非線性濾波方法可以估計視線角速率信息,進而應(yīng)用比例導(dǎo)引的方法可實現(xiàn)大氣層

6、外飛行器末制導(dǎo)。因此,首先建立了視線角與視線角速率之間的數(shù)學模型,作為濾波器的量測方程;將視線角速率變化用一階馬爾科夫模型描述,作為濾波器的狀態(tài)方程,基于擴展卡爾曼濾波方法,估計出視線角速率信息。將估計得到的視線角速率與比例導(dǎo)引方法相結(jié)合,進行大氣層外飛行器的末制導(dǎo)研究,最后進行了仿真研究。最后,設(shè)計了大氣層外飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,分別與捷聯(lián)制導(dǎo)律和視線角速率提取兩種末制導(dǎo)方案相結(jié)合,進行大氣層外飛行器捷聯(lián)制導(dǎo)六自由度綜合仿真分析,分析影響制導(dǎo)控制精度的各種因素,對比和評估評估各種I哈爾濱工業(yè)大學工程碩士

7、學位論文方法的制導(dǎo)控制精度。關(guān)鍵詞:大氣層外飛行器;捷聯(lián)導(dǎo)引頭;視線角速率估計;卡爾曼濾波;捷聯(lián)制導(dǎo)律II哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文AbstractInresponsetothethreatofballisticmissile,manycountriessuchastheUnitedStatesandRussiastrengthenthestudyofthemissiledefensesystem.Especially,theUnitedStateshavebuiltupamultistaticandhierar

8、chicalmissiledefensesystem.Asanimportantpartofthemissiledefensesystem,theexo-atomosphericinterceptoradoptshigh-precisionterminalguidancelawstoguaranteetheinterceptionprecisi

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