基于捷联导引头的大气层外飞行器末制导律研究

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1、硕士学位论文基于捷联导引头的大气层外飞行器末制导律研究STUDYONTHETERMINALGUIDANCELAWFOREXO-ATOMOSPHERICSPACECRAFTBASEDONSTRAPDOWNSEEKER蔡正谊哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TJ760.2学校代码：10213国际图书分类号：623密级：公开工程硕士学位论文基于捷联导引头的大气层外飞行器末制导律研究硕士研究生：蔡正谊导师：崔乃刚教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大

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

3、onauticsEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticsDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要为了应对弹道导弹的威胁，美俄等军事强国先后加强了对导弹防御系统的研究。尤其是美国，已经建立了一套多基、分层导弹防御系统，其核心组成部分之一是大气层外拦截器，而高精度末制导律设计是保证其拦截精度的关键技术。传统的大气层外飞行器末

4、制导依赖于红外导引头，制导律采用比例导引法。然而，随着捷联导引头的出现，成本低、重量轻等一系列优势使其逐渐成为军事领域的研究热点。然而捷联导引头只能测量目标的相对视线角，无法直接获得视线角速率，导致比例导引等传统制导律无法应用。因此，针对捷联导引头的特点，本论文重点对大气层外飞行器的捷联末制导律进行研究。主要研究内容包括以下几个方面：首先，给出了论文研究涉及到的相关坐标系定义及其转换关系，建立了大气层外飞行器的质心动力学模型和绕质心动力学模型。同时，根据捷联导引头的工作原理，推导了其测量模型，为后续的末制导律研究和姿

5、态控制系统设计等内容提供理论基础。由于传统的追踪制导律、比例导引律等方法是新型捷联制导律的理论基础，首先对经典制导律进行了研究和分析。在此基础上，结合捷联导引头仅能测量角度信息的特点，提出了适合于大气层外飞行器应用的捷联修正追踪制导律、捷联比例导引律。为提高响应速度，加入非线性环节，给出两种非线性捷联制导律。针对一种特定的轨控发动机布局方案，对PWPF推力调制方法进行了研究，最后进行了仿真研究和对比分析。考虑到基于捷联导引头测量的视线角信息，采用非线性滤波方法可以估计视线角速率信息，进而应用比例导引的方法可实现大气层

6、外飞行器末制导。因此，首先建立了视线角与视线角速率之间的数学模型，作为滤波器的量测方程；将视线角速率变化用一阶马尔科夫模型描述，作为滤波器的状态方程，基于扩展卡尔曼滤波方法，估计出视线角速率信息。将估计得到的视线角速率与比例导引方法相结合，进行大气层外飞行器的末制导研究，最后进行了仿真研究。最后，设计了大气层外飞行器的姿态控制系统。在此基础上，分别与捷联制导律和视线角速率提取两种末制导方案相结合，进行大气层外飞行器捷联制导六自由度综合仿真分析，分析影响制导控制精度的各种因素，对比和评估评估各种I哈尔滨工业大学工程硕士

7、学位论文方法的制导控制精度。关键词：大气层外飞行器；捷联导引头；视线角速率估计；卡尔曼滤波；捷联制导律II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInresponsetothethreatofballisticmissile,manycountriessuchastheUnitedStatesandRussiastrengthenthestudyofthemissiledefensesystem.Especially,theUnitedStateshavebuiltupamultistaticandhierar

8、chicalmissiledefensesystem.Asanimportantpartofthemissiledefensesystem,theexo-atomosphericinterceptoradoptshigh-precisionterminalguidancelawstoguaranteetheinterceptionprecisi