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制导弹箭弹道测量及弹道重构技术研究

丁传炳  
【摘要】:为了提高制导弹箭外弹道测量精度,从而对其实施准确的弹道控制,本文围绕外弹道测量以及弹道重构技术中遇到的一些基础理论和技术问题展开分析和研究。 首先建立了制导弹箭的刚体运动方程。通过对该方程的数值计算,解算出一条弹道,该弹道没有考虑各种测量误差,称为标准弹道。标准弹道一方面为后面的弹载探测装置的模拟测量值提供依据,另一方面它也作为与考虑测量误差的估计弹道的对比基准,以评定导航系统精度。 分析讨论了GPS系统的导航算法,根据给定的某型号火箭弹的技术参数,采用所有可见星的定位模式,对GPS在制导火箭弹上的导航效果进行了仿真,分析其仿真结果。探讨了GPS定位中出现的各种误差源,开展了对GPS测量弹道的电离层延迟误差、对流层延迟误差的仿真计算,并对仿真结果进行分析 采用UKF两种非线性滤波算法对弹道重构问题进行研究,提出一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,并将该算法应用于弹道重构问题中。理论分析与仿真计算表明,改进算法的滤波计算量不大于EKF算法且小于UKF算法;从精度上看,改进算法的精度和UKF算法相当且明显高于EKF算法。弹道重构问题可得出令人满意的结果。 针对弹体飞行过程中的各种干扰源进行分析,以制导火箭弹被动段的弹体纵向平面运动为研究对象,推导了包含干扰源在内的纵向扰动方程,拟合出了弹体纵向运动的气动参数公式,建立了以气动系数误差干扰源和GPS误差源为状态量的系统状态方程,利用GPS伪距观测量作为系统量测方程,对制导火箭弹被动段纵向平面的气动系数误差干扰源进行最优估计,然后对气动参数进行辨识,从而更精确地重构弹道。 研究了GPS单天线、双天线及三天线测定飞行弹体姿态的原理,并对三种方法在测定飞行弹体姿态上的应用进行了仿真计算,分析各测姿方法的优缺点,经综合比较,并结合本文研究对象的特点,提出利用双天线辅助修正惯导系统误差的组合测量方案,以获得较高精度的弹体飞行状态参数。 建立了以GPS位置、速度及姿态信息为观测量的GPS/INS全组合导航系统。应用卡尔曼滤波方法,对采用GPS姿态测量信息对惯性导航系统的误差修正能力进行分析和仿真。实验和仿真数据对比表明:全组合模式下姿态信息的引入对于改善低成本惯性导航系统的导航性能具有较大的现实意义,它不仅使惯导位置、速度精度得到了提高,而且姿态的精度也得到了很大地提高。


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