[发明专利]全捷联导引头光学系统角振动主动隔振方法

说明书

技术领域

本发明涉及全捷联导引头光学系统隔振技术领域，具体涉及一种基于Sky-Hook阻尼模型的全捷联导引头光学系统角振动的主动隔振方法。

背景技术

传统的导引头平台稳定方式有多种，包括动力陀螺稳定方式、积分陀螺稳定方式、速率陀螺稳定方式等。常用的是带速率陀螺的导引头稳定平台，是由安装在导引头稳定平台上的角速率传感器直接将信号输送给力矩电机以提供稳定补偿。随着高精度惯性组合导航技术的发展以及高性能微处理机的进步，捷联式导引头制导及其数字控制技术成为小型、快速、低成本导引头的重要研究方向。捷联式导引头又分为半捷联式导引头和全捷联式导引头。其中全捷联导引头是指将导引头直接安装在弹体上，导引头稳定平台和弹体重合，采用安装在弹体上的惯性传感器信息，通过解算，来获得导引头光轴的空间指向，为导引头稳定平台与自动驾驶仪平台的一体化提供了可能性。

这种全捷联式导引头减小了导引头体积，降低了研制成本，尤其适用于空间上有限制的战术导弹应用，但是也带来了新的问题，如弹体姿态耦合加剧，测量误差加大，需要匹配滤波等。其中，由于导引头速率回路采用远程稳定控制，无法直接补偿飞行器气动弹性、发动机噪声等在导引头处产生的振动干扰，因此导引头隔振问题尤为突出。尤其是导引头光学系统的角振动，会影响到成像系统的调制传递函数，从而影响了成像系统的动态分辨率；另外角振动对光轴的指向精度也产生了很大的负面影响，从而降低了制导武器的打击精度。综上所述，对全捷联光学系统进行隔振设计，尤其是对角振动进行隔振设计是十分迫切的。

现在全捷联导引头隔振设计多侧重于通过被动隔振策略对沿光轴的线振动(也被称为纵向振动)进行隔振，也有少量学者对垂直于光轴方向的振动(也被称为横向振动)进行了隔振设计，但是对角振动隔振设计研究较少。另外对横向振动与纵向振动隔离设计的不完善，往往还会引入耦合的角振动，从而对导弹的打击精度产生了不利影响。

对全捷联导引头进行的角隔振设计的目标是，使光学系统的角振动响应既能对导弹机动频段内有较好的姿态复现性，在噪声振动频段，又能够有效的隔离振动。由于导弹的扰动振动频段覆盖较宽，有时甚至和导弹机动频段出现重叠，因此很难通过传统的被动隔振设计，使全捷联导引头光学系统隔振达到上述的设计目标。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于Sky-Hook阻尼模型的全捷联导引头光学系统角振动主动隔振方法，Sky-Hook阻尼模型通过对弹簧刚度和阻尼值的适当选择，可以使系统达到预期的理想隔振效果，既能在共振频率处使运动传递率足够接近1，又能使传递率在拐角频率后以-40dB的速度衰减。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

全捷联导引头光学系统角振动主动隔振方法包括如下步骤：

步骤一、建立物理模型

将全捷联导引头的光学系统的中部与球铰固定连接，光学系统通过球铰与弹体连接；光学系统的后端通过弹簧和作动器连接到弹体上，作动器和弹簧在同一直线上；在作动器和光学系统之间连接一力传感器，用于测量作动器和光学系统之间的作用力；在弹簧与光学系统之间连接一第二加速度传感器，用于测量弹簧的连接点处的加速度；在球铰与弹体的铰接触处连接一第一加速度传感器，用于测量沿导弹径向的加速度；

步骤二、建立力学模型

根据步骤一所述的物理模型建立力学模型，设光学系统转动惯量为J，弹体的线振动激励输入为x₁，弹体的角振动激励输入为θ₁，光学系统相对于铰接点的不平衡质量为Δm，光学系统距离球铰中心的距离为r₁，光学系统的角振动响应为θ₂，弹簧与弹体连接点的位移为x₂，弹簧与光学系统连接点的位移为x₃，弹簧的刚度为k，近似Sky-Hook阻尼器的阻尼值为c，沿光轴方向球铰中心距弹簧作用点距离为r；设光学系统的角振动为微幅振动，即sinθ₁=θ₁和sinθ₂=θ₂；设铰接触的摩擦力为0；设弹簧与作动器在光学系统进行角振动时相对于光学系统垂直；

由力学模型得：

x₂=x₁+rθ₁   ①

x₃=x₁+rθ₂   ②