[发明专利]一种空对地制导武器捷联寻的视线重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种末制导信号提取方法，特别涉及一种空对地制导武器捷联寻的视线重构方法，属于制导与控制领域。

背景技术

自上世纪六十年代，随着探测与成像技术的不断发展，导引头瞬时视场已经达到可以去掉万向支架的程度，捷联导引头及其寻的制导技术也就应运而生。捷联寻的制导技术作为一种低成本、高可靠性的新型制导技术，受到了各军事强国的重视，并得到了迅速发展，并在新式低成本精确制导武器中得到了实际应用。由于摆脱了机械结构的限制，使导引头的可靠性增加、视线跟踪角速率不受限制、俯仰和方位跟踪通道之间的摩擦交叉耦合消失、系统的结构复杂性和价格下降。

由于世界各国对该项技术的高度保密，至今国外早期的研究报告仍未解密。确认西方捷联成像寻的制导技术的研究现状及实战应用情况比较困难。但军事大国为突破捷联成像寻的制导的有关技术，如稳定性、滤波、先进的制导算法技术方面投入了大量的财力与人力，仅仅美国海军研究所1999年在捷联导引头DAMASK的先期研制上就耗资1500万美元。可以肯定的是捷联导引头是解决国内低成本末制导武器的一种有效途径，国内也逐渐重视捷联控制技术的应用，本文提出的一种空对地制导武器的捷联寻的视线重构方法旨在作为GPS辅助制导，以提高制导精度，解决了应用中的几个重要制约难题：低精度的惯组捷联导航误差累积快；短时GPS信号屏蔽、中断或星数小于4颗时仍可提供导航信息输出；弹体姿态运动对视线角的耦合影响，制导所需的视线角速率信号不能直接量测，测量噪声对控制系统影响。

捷联寻的制导技术的应用简化了传统导引头的伺服机构，结构设计简单，便于维护，可靠性高，在成本、功耗、体积和重量等方面具有明显的优势，是未来低成本精确制导武器发展的一个重要方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种空地制导武器捷联成像导引头视线重构方法，为捷联导引头在低成本空地制导武器上的实际应用提供技术支持。

本发明技术解决方案：一种空对地制导武器捷联寻的视线重构方法。采用自适应卡尔曼滤波设计基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧耦合组合导航系统，以提高低精度的捷联惯性导航系统和GPS导航系统的组合导航精度，获得弹体姿态信息，通过坐标系转换，推导了捷联成像导引头视线角解耦算法并实现了弹体姿态运动的解耦，得到惯性系下的导引头视线角，然后通过小波滤波算法对惯性系视线角进行降噪处理，通过跟踪微分器提取惯性系视线角微分信号，得到惯性系下的视线角速率，最后通过坐标转换得到弹体系下的导引头视线角速率，完成捷联寻的视线重构。具体实现步骤如下：

第一步，通过导引头得到弹体系下的视线角；

第二步，通过自适应卡尔曼滤波对捷联惯性导航和GPS导航的紧耦合组合导航方式进行最优估计获得实时弹体姿态信息；

第三步，根据弹体姿态信息，进行体系转惯性系坐标变换，将导引头输出的体视线角转换成惯性系下视线角；

第四步，对得到的惯性系下的视线角进行小波滤波，设计纵向小波滤波器，选取滤波参数，对纵向视线角中的噪声进行处理，得到惯性系下滤波后的纵向视线角信号；同时，设计侧向小波滤波器，选取滤波参数，对侧向视线角中的噪声进行处理，得到惯性系下滤波后的侧向视线角信号；

第五步，通过微分环节计算惯性系下角速率信号，设计纵向与侧向两套跟踪微分器（TD），得到输入视线角的微分信号，并且有效抑制数字微分过程的噪声，其中纵向跟踪微分器输入视线高低角，输出视线高低角速率，侧向跟踪微分器输入视线方位角，输出视线方位角速率；

第六步，再次根据紧耦合组合导航输出的弹体姿态信息进行惯性系转体系坐标变换，将第五步得到的视线角速率信号转换成体系下的视线角速率信号；

第七步，最后将体系下视线角速率信号输出到导引环节解算制导指令。

所述步骤二，紧耦合组合导航方式具体实现过程如下：

（1）通过捷联惯组测量弹体信息，包括速度、位置和姿态，根据捷联惯组输出的弹体位置和速度得到基于捷联惯组的伪距和伪距率；

（2）通过GPS接收机测量GPS的伪距、伪距率等信息；

（3）自适应卡尔曼滤波环节，把步骤（1）、步骤（2）得到的伪距和伪距率求差作为观测量建立组合导航系统的量测方程，以弹体的东北天速度偏差、经纬高位置偏差、俯仰偏航滚动姿态偏差和GPS的时钟偏差以及时钟漂移11个参数作为状态量建立状态方程，通过自适应卡尔曼滤波器进行最优估计；