[发明专利]一种半捷联雷达导引头视线角速度提取方法

说明书

技术领域

本发明属于半捷联雷达制导领域，主要涉及视线角速度信号提取及相关跟踪控制技术。

背景技术

毫米波导引头主要用于近程对地、反舰导弹精确制导，对导引头体积、成本都有严格要求，比例导引系统对视线角速度品质有着较高要求，常规雷达导引头采用两轴速率陀螺稳定结构实现，利用陀螺的空间测速反馈实现稳定跟踪，为此要求伺服系统必须选择高品质速率陀螺，给导引头小型化、低成本实现都带来相当困难。20世纪末以来，国外开始出现半捷联制导体制导引头，如美国的AIM-9X空空导弹、德国的IRIS-T导弹等，见参考文献“毛峡,张俊伟:半捷联导引头光轴稳定的研究,红外与激光工程,Vol.36No.1,2007:9～12”。这种半捷联导引头伺服系统不包含速率陀螺，利用弹体陀螺实现空间稳定，由于省去了高品质速率陀螺，有利于减小伺服系统载荷，利于小型化实现，同时还可以大幅度降低导引头伺服系统的成本。与光学导引头相比，雷达导引头还可以获得弹目相对距离，综合距离与角度跟踪信息可以进一步提高信号输出品质，周瑞青等人提出一种用于半捷联雷达导引头的视线角速度提取方法，见参考文献“周瑞青等,捷联导引头稳定与跟踪技术，北京：国防工业出版社，2010：156～165”。

半捷联式天线平台的稳定控制环可以是位置环，也可以是速度环，对于比例导引系统要求输出目标视线角速度信号，需要在速度环补偿弹体扰动以输出视线角速度信号。

半捷联导引头的动力学数学模型非线性比较严重，EKF(Extended Kalman Filter)滤波不能满足高精度制导要求，宋建梅等提出采用UKF(Uncented Kalman Filter)滤波方法对框架角速率进行估计，见参考文献“宋建梅等，半捷联图像寻的制导系统导引信息构造方法，兵工学报，vol(31),No.12,2010:1573～1579”，同时结合弹上IMU测量得到的弹体角速率信息以及图像探测器处理得到的目标在像平面上的位置信息，构造视线角速度信息。这种半捷联制导技术可以用于光学制导系统，由于雷达制导系统相比光学系统还可以获取目标与导弹之间的距离信息，而上述系统则无法综合距离信息改善系统输出。周瑞青、贾筱媛等提出基于Coriolis定理在惯性坐标系建立目标视线角速度运动的微分动态方程，见参考文献“贾筱媛,半捷联稳定控制方案与制导信息提取方法,红外与激光工程,Vol.40No.12,2011:2474～2479”，进而建立滤波方程提取目标视线角速度，遗憾的是，这种滤波算法存在“先天不足”：滤波参数中不利用弹体扰动信息，也没有传感器获取天线相对惯性空间的运动信息，竟然能够得到目标相对惯性空间的视线角速度信息。这种处理的合理与否可以通过把问题简化到单平面情形来验证，事实上，对于单平面情形很容易看出这种处理是不适用的，造成这种错误的根本原因是忽略了有限转动的不可交换性引起的复杂性，见参考文献“秦永元，惯性导航，北京：科学出版社，2006:8”。

目前，光学半捷联制导系统已有应用报道，半捷联雷达制导技术尚未见到应用报道。本发明将在天线坐标系下建立目标视线运动微分方程，进而结合导弹弹体扰动信息、天线相对弹体运动信息形成视线角速度信号，用于比例制导系统。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种半捷联雷达导引头视线角速度提取方法。

技术方案

一种半捷联雷达导引头视线角速度提取方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立目标视线相对天线坐标运动的角速度和角误差微分方程：

其中，θ和ψ分别为俯仰和方位角误差，和分别为俯仰和方位角误差求微分，ω_y和ω_z分别为视线角速度在天线坐标系沿y、z轴分量，r为导引头与目标的接近距离，a_Ax为导引头横向加速度；

步骤2：将角速度和角误差微分方程转化为卡尔曼滤波消息模型，以矩阵形式表达：

转化为卡尔曼滤波状态方程和测量方程：

z(t)＝Hx(t)+v(t)

其中，w_y和w_z分别为俯仰和方位两个方向角误差策动噪声，v_y和v_z分别为y和z两个通道的测量噪声；

步骤3：对卡尔曼滤波状态方程和测量方程进行离散化：

其中：