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GPS/SINS/MMW复合制导关键技术研究

赵占祥  
【摘要】: 该文主要研究攻击慢速目标的巡航导弹制导系统中段导航、中末交班和末制导导引头设计与仿真三部分内容。中段导航、中末交班是MMW(毫米波)导引头可靠的捕获目标的关键,导航误差的大小决定中末交班的成功与否,而MMW导引头是攻击慢速目标的关键部件,因此三部分内容是GPS/SINS/MMW(GPS:全球卫星定位系统;SINS:捷联惯导系统;MMW:毫米波)复合制导系统相互关联的关键技术。 文中首先研究弹载陀螺仪编排方案,根据该方案中陀螺仪输出角增量,结合GPS/SINS/MMW导弹的动态特性提出一种角增量姿态算法。针对陆基GPS/SINS/MMW制导的巡航导弹,捷联惯导的初始对准采用两位置对准算法,文中提出有别于传统多位置对准算法的两位置对准改进算法,节省了对准时间,而且不用进行三位置对准就可以估计陀螺的天向漂移,通过仿真表明方位误差角估计精度满足中远程巡航导弹的要求。从导弹的研制规律出发,在设计阶段尽量采用状态变量少的卡尔曼滤器,在进行风洞试验确定了导弹的气动外形后,再增加卡尔曼滤波器的维数,以达到提高制导精度的目的,为此文中对21维和15维卡尔曼滤波器都进行研究,对中制导系统精度进行仿真,并设计根据中制导系统误差计算末制导启控点散布域的Matlab算法,给出散布域仿真结果。 中末交班段首先研究横向捕获域和MMW导引头参数之间的关系,设计一种易实现的中段导引律,提出满足GPS/SINS/MMW复合制导交班要求的中末交接律,仿真表明,该交接律能够实现中末弹道的二阶平滑过渡。在中末交班段要求卡尔曼滤波器的数据更新频率比中段要快得多,为此文中设计交班段的简化卡尔曼滤器,而且精度在交班段内满足要求。 最后部分研究MMW导引头的总体技术方案和关键参数设计,提出导引头角跟踪算法和天线稳定去耦算法,通过计算捷联姿态阵来实现天线稳定,数学平台可以对复合制导过程中的视线和天线的夹角进行处理,实现文中提出的角跟踪算法。建立烟雾降低MMW末制导导弹杀伤概率的数学模型,若巡航导弹攻击目标时MMW无源干扰严重,可由卡尔曼外推器预测目标状态,向导弹自动驾驶仪提供信号控制导弹攻击目标,以实现制导系统的抗干扰功能。文中对制导系统进行仿真表明:GPS/SINS/MMW制导导弹的圆概率偏差和命中概率比单一的GPS/SINS导引头有较大改进,加装MMW导引头不但使巡航导弹可攻击慢速战略目标,而且降低对SINS硬件的精度要求,仿真表明,GPS/中等精度SINS/MMW制导导弹的CEP和GPS/高精度SINS制导导弹的CEP相当。


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