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滚转弹组合导航及制导控制技术研究

滚转弹组合导航及制导控制技术研究

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作者：彭博北京理工大学

学位级别：硕士

导弹采用滚转体制有利于简化制导控制系统、降低武器系统成本,并削弱了由气动、结构不对称以及质量偏心、推力偏心带来的影响,在制导武器系统中已被广泛应用。随着未来武器系统小型化、智能化、集群化以及低成本化的发展趋势,滚转弹具... 详细信息

导弹采用滚转体制有利于简化制导控制系统、降低武器系统成本,并削弱了由气动、结构不对称以及质量偏心、推力偏心带来的影响,在制导武器系统中已被广泛应用。随着未来武器系统小型化、智能化、集群化以及低成本化的发展趋势,滚转弹具有巨大的发展潜力。本文以滚转弹为研究对象,以低成本、高精度组合制导需求为背景,对滚转弹的组合导航、制导以及解耦控制技术进行研究。首先,建立滚转弹的动力学模型。针对高动态下滚转角速度无法通过陀螺仪精确测量的问题,给出一种五加速度计双陀螺仪的准无陀螺惯组（NGF-MIMU）构型方案,给出滚转角速度求解方法。针对弹上低成本MEMS特性,研究基于角速度和加速度的双子样以及龙格库塔导航算法,通过对比分析表明龙格库塔法精度较高。其次,针对滚转弹组合导航系统的初始对准问题开展空中自对准方法研究。提出一种基于卫星/NGF-MIMU的空中姿态粗对准方案;在此基础上,基于卫星/NGF-MSINS组合系统,结合卡尔曼滤波技术,提出一种侧向机动方案辅助滚转角精对准。研究表明,在含有测量误差以及高动态环境下,滚转姿态的对准精度较高,且该方案对转速具有鲁棒性。第三,在完成空中自对准和导航系统设计的基础上,建立滚转弹卫星/NGF-MSINS组合导航简化模型,完成松组合方案设计,仿真表明,弹体姿态、速度和位置误差不随时间积累,且精度较高;建立三维空间中的弹目相对关系模型,推导组合体制下的三维制导指令算法,进一步研究基于松组合方案的滚转弹组合制导技术,通过仿真分析表明,姿态稳定性和命中精度均优于惯性制导与卫星制导。第四,针对滚转弹的耦合问题开展解耦控制技术研究。建立滚转弹比例式舵机模型,考虑舵机的二阶动力学特性,设计一种双通道全解耦过载驾驶仪,通过与经典三回路过载驾驶仪以及舵机解耦过载驾驶仪进行对比,证明其可消除惯性、气动以及控制带来的耦合效应。针对滚转弹的控制参数调度问题,进一步设计一种基于BP神经网络的自适应调度法,相比于传统的插值增益调度法,效果有所提升。

关键词：滚转弹准无陀螺捷联惯导空中对准组合制导解耦控制 BP神经网络

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