消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置和方法，所述裝置包括輸入模塊、濾波模塊、評估模塊和補償模塊，通過輸入模塊在過載指令信息上疊加強迫抖動信號，彈體前向通道和姿態陀螺補償通道在經過濾波模塊過濾后的信號中提取視線角速率信號彈體姿態角速率信號，通過評估模塊建立狀態方程和量測方程以及卡爾曼濾波方程，通過卡爾曼濾波方程評估計算刻度尺系數誤差的估計值，通過補償模塊將刻度尺系數誤差的估計值和彈體姿態角速率信息相乘，并將乘得的補償信息輸入至含彈體擾動的慣性系下彈目視線角速率信息中，從而完成刻度尺系數誤差的補償，消除刻度尺系數誤差對制導回路穩定性的影響，并顯著提高制導精度，減小脫靶量。
【專利說明】消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及導彈制導領域捷聯導引頭刻度尺系數誤差的消除裝置和方法，具體涉 及一種消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 導引頭技術是精確制導武器系統中的關鍵技術，導引頭性能的優劣直接影響著精 確制導武器的作戰效果，隨著探測器制造技術和成像導引頭技術的逐漸發展，導引頭瞬時 視場已經增加到可以去掉萬向支架的程度，捷聯導引頭及其尋的制導技術也就應運而生， 捷聯導引頭固連在彈體上，去掉萬向支架以后，捷聯導引頭體積小重量輕價格便宜，從國內 外導彈武器系統的研究發展狀況來看，捷聯導引頭必將成為未來導彈視線導引方法的主要 形式之一。
[0003] 導引頭和陀螺的刻度尺系數誤差是制導控制系統中的重要誤差源之一，全捷聯導 引頭在提取視線角速度的過程中，需要同時利用導引頭量測的誤差角信號和彈上慣導量測 的彈體姿態信號，這兩個傳感器的刻度尺系數不一致就會引起隔離度，進而在制導回路中 產生隔離度寄生回路。它不僅會影響有效導航比，還會引起制導系統潛在的不穩定性，降 低制導精度。目前針對捷聯導引頭刻度尺系數誤差的問題，目前鮮有很好的解決方法。
[0004] 由于上述問題的存在，本發明人對現有的全捷聯導引頭制導回路進行了深入研 究，以便提出解決刻度尺系數誤差的方法。
【發明內容】
[0005] 為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，結果發現，通過設置一種消除全捷 聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置，該裝置用于實現消除全捷聯導引頭制導回路刻 度尺系數誤差的方法，所述裝置包括輸入模塊、濾波模塊、評估模塊和補償模塊，通過輸入 模塊在過載指令信息上疊加強迫抖動信號，彈體前向通道和姿態陀螺補償通道在經過濾波 模塊過濾后的信號中提取視線角速率信號彈體姿態角速率信號，通過評估模塊建立狀態方 程和量測方程以及卡爾曼濾波方程，通過卡爾曼濾波方程評估計算刻度尺系數誤差的估計 值，通過補償模塊將刻度尺系數誤差的估計值和彈體姿態角速率信息相乘，并將乘得的補 償信息輸入至含彈體擾動的慣性系下彈目視線角速率信息中，從而完成刻度尺系數誤差的 補償，從而完成本發明。
[0006] 具體來說，本發明的目的在于提供以下方面：
[0007] (1) -種消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置，
[0008] 所述全捷聯導引頭制導回路包括：二次積分模塊，其對接收到的目標加速度信息 進行二次積分處理，并輸出導彈與目標位置偏差信息；數學模塊，其用于接收導彈與目標位 置偏差信息，并輸出彈目視線角信息；微分模塊，其對彈目視線角信息進行微分計算得到彈 目視線角速率信息；比例導引律模塊，其接收彈目視線角速率信息，并將計算得到的過載指 令信息輸送至駕駛儀動力學模塊；駕駛儀動力學模塊，其輸出導彈加速度響應信息；角速 率陀螺動力學模塊，其根據導彈加速度響應信息測量并輸出彈體角速率信息；積分模塊，其 接收彈體角速率信息并對接收到的信息進行積分處理，得到彈體姿態角信息；其中，通過彈 體前向通道提取彈目視線角速率信息，通過姿態陀螺補償通道提取彈體姿態角速率信息；
[0009] 其特征在于，該裝置包括：輸入模塊、濾波模塊、評估模塊和補償模塊，其中：
[0010] 輸入模塊用于輸出強迫抖動信號，并將該強迫抖動信號疊加在由比例導引律模塊 輸出的過載指令信息上，所述的強迫抖動信號為固定幅值和固定頻率的正弦信號，其中，幅 值大于或等于彈體需用過載，頻率為15rad/s以上；
[0011] 濾波模塊包括帶通濾波器，帶通濾波器設置于彈體前向通道和姿態陀螺補償通道 上，帶通濾波器用于過濾進入彈體前向通道的信號和進入姿態陀螺補償通道的信號，彈體 前向通道和姿態陀螺補償通道從經過帶通濾波器過濾的信號中提取由強迫抖動信號引起 的視線角速率信號和由強迫抖動信號引起的彈體姿態角速率信號；
[0012] 評估模塊用于接收彈體前向通道和姿態陀螺補償通道提取出的由強迫抖動信號 引起的彈目視線角速率信息和由強迫抖動信號引起的彈體姿態角速率信息，跟據接收到的 信息建立狀態方程和量測方程，并根據狀態方程和量測方程建立卡爾曼濾波方程，通過卡 爾曼濾波方程計算得到刻度尺系數誤差的估計值，把刻度尺系數誤差的估計值輸入至補償 模塊，所述狀態方程如下
[0013]
【權利要求】
1. 一種消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置， 所述全捷聯導引頭制導回路包括：二次積分模塊，其對接收到的目標加速度信息進行 二次積分處理，并輸出導彈與目標位置偏差信息；數學模塊，其用于接收導彈與目標位置偏 差信息，并輸出彈目視線角信息；微分模塊，其對彈目視線角信息進行微分計算得到彈目視 線角速率信息；比例導引律模塊，其接收彈目視線角速率信息，并將計算得到的過載指令信 息輸送至駕駛儀動力學模塊；駕駛儀動力學模塊，其輸出導彈加速度響應信息；角速率陀 螺動力學模塊，其根據導彈加速度響應信息測量并輸出彈體角速率信息；積分模塊，其接收 彈體角速率信息并對接收到的信息進行積分處理，得到彈體姿態角信息；其中，通過彈體前 向通道提取彈目視線角速率信息，通過姿態陀螺補償通道提取彈體姿態角速率信息； 其特征在于，該裝置包括：輸入模塊、濾波模塊、評估模塊和補償模塊，其中： 輸入模塊用于輸出強迫抖動信號，并將該強迫抖動信號疊加在由比例導引律模塊輸出 的過載指令信息上，所述的強迫抖動信號為固定幅值和固定頻率的正弦信號，其中，幅值大 于或等于彈體需用過載，頻率為15rad/ s以上； 濾波模塊包括帶通濾波器，帶通濾波器設置于彈體前向通道和姿態陀螺補償通道上， 帶通濾波器用于過濾進入彈體前向通道的信號和進入姿態陀螺補償通道的信號，彈體前向 通道和姿態陀螺補償通道從經過帶通濾波器過濾的信號中提取由強迫抖動信號引起的視 線角速率信號和由強迫抖動信號引起的彈體姿態角速率信號； 評估模塊用于接收彈體前向通道和姿態陀螺補償通道提取出的由強迫抖動信號引起 的彈目視線角速率信息和由強迫抖動信號引起的彈體姿態角速率信息，跟據接收到的信息 建立狀態方程和量測方程，并根據狀態方程和量測方程建立卡爾曼濾波方程，通過卡爾曼 濾波方程計算得到刻度尺系數誤差的估計值，把刻度尺系數誤差的估計值輸入至補償模 塊，所述狀態方程如下
量測方程如下
卡爾曼濾波方程如下
其中，q為慣性系下彈目視線角，4為慣性系下彈目視線角速率，C為寄生回路刻度尺系 數誤差，μ 3為系統過程噪聲，；；為含彈體擾動的慣性系下彈目視線角速率，Θ為彈體姿態 角，?為刻度尺系數誤差的估計值，μ n為系統量測噪聲，I、κ2、κ3為卡爾曼濾波方程增益； 補償模塊用于接收評估模塊輸出的刻度尺系數誤差的估計值，并將刻度尺系數誤差的 估計值乘以彈體姿態角速率得到補償信息，補償模塊將其計算得到的補償信息反饋至含彈 體擾動的慣性系下彈目視線角速率信息中。
2. 根據權利要求1所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置，其特征 在于，輸入模塊包括信號發生器，通過信號發生器輸出強迫抖動信號，其中，信號發生器設 置在彈載計算機中。
3. 根據權利要求1所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置，其特征 在于，帶通濾波器的濾波方程如下
其中，《，表示帶通濾波器的頻率，帶通濾波器的頻率和強迫抖動信號的頻率相同；Κ是 指帶通濾波器調節增益，S是拉普拉斯算子，2η表示帶通濾波器的階數，η大于3,帶通濾波 器共有兩個，分別設置于彈體前向通道和姿態陀螺補償通道上。
4. 根據權利要求1所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置，其特征 在于，該裝置實時計算刻度尺系數誤差的估計值，并將補償信息反饋至含彈體擾動的慣性 系下彈目視線角速率信息中。
5. 根據權利要求1所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的裝置，其特征 在于，強迫抖動信號的幅值等于彈體需用過載，強迫抖動信號的頻率為15rad/s。
6. -種消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的方法， 所述全捷聯導引頭制導回路包括：二次積分模塊，其對接收到的目標加速度信息進行 二次積分處理，并輸出導彈與目標位置偏差信息；數學模塊，其用于接收導彈與目標位置偏 差信息，并輸出彈目視線角信息；微分模塊，其對彈目視線角信息進行微分計算得到彈目視 線角速率信息；比例導引律模塊，其接收彈目視線角速率信息，并將計算得到的過載指令信 息輸送至駕駛儀動力學模塊；駕駛儀動力學模塊，其輸出導彈加速度響應信息；角速率陀 螺動力學模塊，其根據導彈加速度響應信息測量并輸出彈體角速率信息；積分模塊，其接收 彈體角速率信息并對接收到的信息進行積分處理，得到彈體姿態角信息；其中，通過彈體前 向通道提取彈目視線角速率信息，通過姿態陀螺補償通道提取彈體姿態角速率信息； 其特征在于，該方法包括如下步驟， 第一步，在由比例導引律模塊輸出的過載指令信息上疊加一個強迫抖動信號，所述的 強迫抖動信號為固定幅值和固定頻率的正弦信號，其中，幅值大于或等于彈體需用過載，頻 率15rad/s以上； 第二步，在彈體前向通道和姿態陀螺補償通道上分別設置帶通濾波器，通過兩個帶通 濾波器過濾進入彈體前向通道的信號和進入姿態陀螺補償通道的信號，彈體前向通道和姿 態陀螺補償通道從經過帶通濾波器過濾的信號中提取由強迫抖動信號引起的視線角速率 信號和由強迫抖動信號引起的彈體姿態角速率信號； 第三步，接收彈體前向通道和姿態陀螺補償通道提取出的由強迫抖動信號引起的彈目 視線角速率信息和由強迫抖動信號引起的彈體姿態角速率信息，并根據上述信息建立狀態 方程和量測方程，根據狀態方程和量測方程建立卡爾曼濾波方程，通過卡爾曼濾波方程計 算出刻度尺系數誤差的估計值，最后輸出刻度尺系數誤差的估計值，所述狀態方程如下
量測方程如下
卡爾曼濾波方程如下
其中，q為慣性系下彈目視線角，4為慣性系下彈目視線角速率，C為寄生回路刻度尺系 數誤差，μ 3為系統過程噪聲/c；為含彈體擾動的慣性系下彈目視線角速率，Θ為彈體姿態 角，?為刻度尺系數誤差的估計值，μη為系統量測噪聲，Ki、K2、K3為卡爾曼濾波方程增益； 第四步，接收上述第三步輸出的刻度尺系數誤差的估計值，并將刻度尺系數誤差的估 計值和彈體姿態角速率相乘，得到的計算結果為補償信息，將計算得到的補償信息反饋至 含彈體擾動的慣性系下彈目視線角速率信息中。
7. 根據權利要求6所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的方法，其特征 在于，強迫抖動信號通過信號發生器發出，其中，信號發生器設置在彈載計算機中。
8. 根據權利要求6所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的方法，其特征 在于，帶通濾波器的濾波方程如下
其中，ωΗ表不帶通濾波器的頻率，K是指帶通濾波器調節增益，s是拉普拉斯算子，2n 表示帶通濾波器的階數，η大于3,帶通濾波器的頻率和強迫抖動信號的頻率相同，帶通濾 波器共有兩個，分別設置于彈體前向通道和姿態陀螺補償通道上。
9. 根據權利要求6所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的方法，其特征 在于，該方法實時計算刻度尺系數誤差的估計值，并實時將補償信息反饋至含彈體擾動的 慣性系下彈目視線角速率信息中。
10. 根據權利要求6所述的消除全捷聯導引頭制導回路刻度尺系數誤差的方法，其特 征在于，強迫抖動信號的幅值等于彈體需用過載，強迫抖動信號的頻率為15rad/s。
【文檔編號】G01C25/00GK104111078SQ201410176948
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】楊哲, 王江, 唐義平, 鄭多 申請人:北京理工大學, 中國北方工業公司