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捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计

孙婷婷,  储海荣,  贾宏光,  张跃,  李岩

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孙婷婷, 储海荣, 贾宏光, 张跃, 李岩. 捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1587-1593.
引用本文: 孙婷婷, 储海荣, 贾宏光, 张跃, 李岩. 捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1587-1593.
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Sun Tingting, Chu Hairong, Jia Hongguang, Zhang Yue, Li Yan. Line-of-sight angular rate decoupling and estimation of strapdown optical seeker[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1587-1593.
Citation: Sun Tingting, Chu Hairong, Jia Hongguang, Zhang Yue, Li Yan. Line-of-sight angular rate decoupling and estimation of strapdown optical seeker[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1587-1593.
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捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计

  • 1.

    中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;

  • 2.

    中国科学院大学,北京 100049

基金项目: 

中国科学院知识创新工程国防科技创新重要项目;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所三期创新工程资助项目

详细信息
    作者简介:

    孙婷婷（1989-），女，硕士生，主要从事飞行器导航制导与控制等方面的研究。Email：joystt@163.com

  • 中图分类号: TJ765.3

Line-of-sight angular rate decoupling and estimation of strapdown optical seeker

  • 1.

    Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

  • 2.

    University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

  • 摘要: 为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了全捷联导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率解耦与估计算法研究。首先，建立了全捷联导引头数学模型，并利用Taylor 级数对其进行线性化；接着，根据弹目运动几何学与坐标系相对关系推导视线角速率解耦算法；然后，针对捷联导引头无法直接测量体视线角速率的问题，提出微分+稳态Kalman 滤波方法估计体视线角速率；最后，建立视线角速率解耦与估计算法验证系统并进行仿真实验，结果表明：解耦算法绝对误差小于510-5 rad/s，相对误差小于0.3%，验证了解耦算法的正确性；在包含导引头数学模型的条件下，采用角频率为19.2 rad/s 的稳态Kalman 滤波器，视线角速率估计误差小于410-3 rad/s，较直接微分方法的估计误差提高近一个量级。视线角速率解耦与估计算法同时能满足制导系统对精度与动态性能的要求。
    Abstract: In order to accurately estimate the line-of-sight (LOS) angular rate of the strapdown seeker, strapdown seeker mathematical model was established, decoupling and estimation algorithm of LOS angular rate was based on the movement of the missile and target relative relationship. Firstly, a mathematical model of the strapdown seeker was established, and the Taylor series was used for its linearization. Secondly, according to the movement of the missile and target geometry and coordinate system relative relationship, the LOS angular rate decoupling algorithm was derived. Strapdown seeker can not directly measure the body line-of-sight (BLOS) angular rate, differential coefficient+steady-state Kalman filter was proposed to estimate the BLOS angular rate. Finally, LOS angular rate decoupling and estimation algorithm verification system was established and simulation experiment was carried out. The results showed that, the absolute error of decoupling algorithm was less than 510-5 rad/s and relative error was less than 0.3%, the correctness of the decoupling algorithm was verified. Under the conditions of containing seeker mathematical model, the steady-state Kalman filter was used by the angular frequency of 19.2 rad/s, LOS angular rate estimation error was less than 410-3 rad/s, nearly an order of magnitude was improved than direct differentiation method estimation error. The decoupling and estimation algorithm of the LOS angular rate can at the same time meet the requirements of the guidance system accuracy and dynamic performance.
  • [1]
    [2] Ehrich R D, Vergez Lt P. Strapdown seeker technology for the terminal guidance of tactical weapons[R]. AD-A092606, 1980.
    [3]
    [4] Emmert R I, Ehrich R D. Strapdown seeker guidance for air-surface tactical weapons[R]. ADB030995, 1978.
    [5]
    [6] Smita Sadhu, Ghoshal T K. Sight line rate estimaion in missile seeker using disturbance observer-based technique[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2011,19(2): 449-454.
    [7] Jacques Waldmann. Line-of-sight rate estimation and linearizing control of an imaging seeker in a tactical missile guided by proportional navigation[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2002, 10(4): 556-567.
    [8]
    [9]
    [10] Jiao Yingjie, Wang Xiao, Chen Zhijian. Application of strap-down homing guidance technology in short-range guided rocket[J]. Journal of Project, Rocket, Missiles and Guidance,2012, 32(1): 13-17. (in Chinese)焦迎杰, 王潇, 陈志坚. 捷联寻的制导技术在近程制导火箭中的应用[J]. 弹箭与制导学报, 2012, 32(1): 13-17.
    [11]
    [12] Zhang Yiguang, Yang Jun, Zhu Xueping, et al. Uncooled Infrared Imaging Seeker[M]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University Press, 2009. (in Chinese)张义广, 杨军, 朱学平, 等. 非制冷红外成像导引头[M].西安: 西北工业大学出版社, 2009.
    [13] Daniel Raviv, Djaja Eddy W. Technique for enhancing the performance of discretized controllers [J]. Control Systems,IEEE, 1999, 19(3): 52-57.
    [14]
    [15] Partington J R. Some frequency-domain approaches to the model reduction of delay systems [J]. Annual Reviews in Control, 2004, 28(1): 65-73.
    [16]
    [17] Yao Yu, Zhang Guojiang. Discussion on strapdown imaging guidance systerm[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006,35(1): 1-6. (in Chinese)姚郁, 章国江. 捷联成像制导系统的若干问题探讨[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(1): 1-6.
    [18]
    [19]
    [20] Paul Zarchan, Howard Musoff. Fundamentals of Kalman Filtering: A Practical Approach, Third Edition [M]. US:American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc, 2009.
    [21] Garnell P. Guided Weapon Control Systems. Royal Military College of Science [M]. Revised by Qi Z K, Xia Q L.Beijing: Beijing Institute of Technology, 2002. (in Chinese)
    [22]
    [23]
    [24] Wang Guangxiong, He Lian. Gontrol System Design [M].Beijing: Tsinghua University Press, 2008. (in Chinese)王广雄, 何联. 控制系统设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2008.
    [25]
    [26] Zhang Yue, Chu Hairong. Strapdown optical seeker characteristics and multi-dimension optimal guidance law[J].Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11): 2967-2973.(in Chinese)张跃, 储海荣. 捷联式光学导引头特性与多维度最优制导律[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2967-2973.
    [27] Wang Jiaxin, Lin Defu, Qi Zaikang. Effect of strapdown seeker disturbance rejection rate on stability of PNG system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(10): 2608-2613. (in Chinese)王嘉鑫, 林德福, 祁载康, 等. 全捷联导引头隔离度对制导稳定性的影响[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2608-2613.
  • [1] 徐洋, 方洋旺, 伍友利, 肖冰松, 张丹旭, 刘欢.  红外诱饵干扰下导引头视线角速度跳变特征建模 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 504001-0504001(11). doi: 10.3788/IRLA201948.0504001
    [2] 陈开伟, 温求遒, 夏群利.  半捷联导引头混合自抗扰控制系统设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1131001-1131001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1131001
    [3] 刘振亚, 高敏, 许路铁.  基于理想弹道的全捷联弹药视线角估计方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 417008-0417008(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0417008
    [4] 王伟, 纪毅, 石忠佼, 林德福, 林时尧.  基于扩展卡尔曼滤波器的捷联导引头刻度尺参数辨识 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 417003-0417003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0417003
    [5] 胡欧磊, 王江, 黄鹏, 林德福, 杨哲.  半捷联导引头隔离度影响与STUKF在线补偿 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 331002-0331002(10). doi: 10.3788/IRLA201746.0331002
    [6] 白瑞, 夏群利, 张道驰.  全捷联导引头视线角速度STCKF提取技术 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1117001-1117001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.1117001
    [7] 王向军, 乐兵, 邢峰, 刘峰, 王继方.  利用序列图像解算目标视线角速率的方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 828001-0828001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0828001
    [8] 胡欧磊, 王江, 王庆权, 林德福, 雷红波.  全捷联图像导引头隔离度辨识及其抑制技术应用 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1031001-1031001(9). doi: 10.3788/IRLA201645.1031001
    [9] 陈阳, 储海荣, 郭立红.  捷联导引头积分比例导引制导精度 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 631001-0631001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0631001
    [10] 袁亦方, 林德福, 杨涛.  全捷联对地攻击制导武器导引头隔离度对制导系统性能的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1956-1962.
    [11] 江奇渊, 汤建勋, 韩松来, 袁保伦.  36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1579-1586.
    [12] 鄢琴涛, 夏群利, 祁载康, 鲁天宇.  全捷联导引头隔离度指标工程计算方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3788-3793.
    [13] 王伟, 林德福, 徐平.  捷联导引头延时引起的隔离度问题研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2854-2857.
    [14] 张跃, 储海荣.  半捷联导引头机电平台观测器的角速率估计 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3794-3800.
    [15] 王伟, 林德福, 徐平.  捷联导引头弹目视线角速率估计 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3066-3069.
    [16] 宗睿, 林德福, 刘泰然, 兰玲.  采用UKF的光学捷联导引头刻度尺误差补偿方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3577-3584.
    [17] 王嘉鑫, 林德福, 祁载康, 吕瑛洁.  全捷联导引头隔离度对制导稳定性的影响 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2608-2613.
    [18] 孙高, 朱明超, 刘慧, 贾宏光.  半捷联导引头光轴稳定性 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 489-494.
    [19] 胡强, 宋申民.  基于LS-SVM方法的视线角速率在线预测 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3019-3023.
    [20] 张跃, 储海荣.  捷联式光学导引头特性与多维度最优制导律 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2967-2973.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-04
  • 修回日期:  2013-10-12
  • 刊出日期:  2014-05-25

捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计

  • 1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
    • 作者简介:

    孙婷婷（1989-），女，硕士生，主要从事飞行器导航制导与控制等方面的研究。Email：joystt@163.com

  • 收稿日期: 2013-09-04
  • 修回日期: 2013-10-12
  • 刊出日期: 2014-05-25
基金项目:

中国科学院知识创新工程国防科技创新重要项目;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所三期创新工程资助项目

  • 中图分类号: TJ765.3

摘要: 为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了全捷联导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率解耦与估计算法研究。首先，建立了全捷联导引头数学模型，并利用Taylor 级数对其进行线性化；接着，根据弹目运动几何学与坐标系相对关系推导视线角速率解耦算法；然后，针对捷联导引头无法直接测量体视线角速率的问题，提出微分+稳态Kalman 滤波方法估计体视线角速率；最后，建立视线角速率解耦与估计算法验证系统并进行仿真实验，结果表明：解耦算法绝对误差小于510-5 rad/s，相对误差小于0.3%，验证了解耦算法的正确性；在包含导引头数学模型的条件下，采用角频率为19.2 rad/s 的稳态Kalman 滤波器，视线角速率估计误差小于410-3 rad/s，较直接微分方法的估计误差提高近一个量级。视线角速率解耦与估计算法同时能满足制导系统对精度与动态性能的要求。

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