为了使半捷联导引头在干扰力矩和刻度尺误差引起的耦合干扰及其他不确定干扰下仍具有很强的鲁棒性, 提出了伺服系统混合自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)方案。首先, 建立了导引头半捷联稳定平台数学模型; 其次, 设计了半捷联导引头稳定平台混合自抗扰控制系统, 通过对自抗扰稳定回路频带特性进行研究, 分析了控制器参数对控制性能的影响, 给出了控制参数设计原则; 最后, 对混合自抗扰控制方案进行了数字仿真验证。仿真结果表明: 相比于传统控制器, 混合自抗扰控制器能获得更好的控制精度, 能有效克服干扰力矩和刻度尺误差对导引头的影响, 在典型弹体频率2 Hz处隔离度幅值比传统控制器最多能降低约67.9%。研究成结果可为半捷联导引头稳定控制系统的设计提供指导。

给出了针对吸气式高超声速飞行器(ABHV)的飞推一体化参考轨迹, 分析了其对星光导航成像影响。基于吸气式高超声速飞行器强耦合特性, 结合星光成像导航技术特点, 以飞推耦合度最小为优化指标, 考虑ABHV的攻角、燃油当量比、攻角变化率和隔离段激波串位置等多约束特性, 采用一种多约束最优化方法, 得到了适合星光导航应用的参考轨迹, 并分析了该轨迹下星光成像性能退化情况, 进一步挖掘了发动机稳定工作和飞行器高精度打击等具有核心竞争力的总体性能指标的潜力。以某型ABHV为例, 在精确的仿真模型基础上, 进行了仿真分析, 仿真结果表明, 该方法有效、可靠。

为了反应真实导引头在隔离度作用下的输出特性, 提出了一种基于隔离度寄生回路的导引头传递函数概念及测试方法。通过建立导引头隔离度模型, 推导了不同干扰力矩作用下的隔离度传递函数, 对隔离度寄生回路稳定域进行分析, 并得到了寄生回路失稳频率变化规律。建立了包含寄生回路的真实导引头传递函数模型, 对真实导引头传递函数的频域特性和时域特性进行了仿真分析。最后, 提出了基于寄生回路的导引头传递函数半实物仿真测试方法, 通过测试从而得到真实导引头模型, 提高导引头系统建模的准确性。

传感器的刻度尺系数不匹配与机械结构运转造成的干扰力矩为引发半捷联导引头隔离度产生的主要原因。针对上述问题, 首先将不同因素所引发隔离度对导弹控制系统稳定性与制导精度的影响进行了比对。然后, 建立了考虑隔离度寄生回路影响的非线性滤波模型, 采用强跟踪无迹卡尔曼滤波(STUKF)算法, 对传感器刻度尺误差、稳定平台干扰力矩与弹目视线角速度进行同时估计, 以达到在线辨识与补偿导引头隔离度的目的。最后, 对在线补偿方案进行了数字仿真验证。实验结果表明: 所提方法能有效改善系统的制导性能, 提升导弹的制导精度, 并具有较好的抗干扰性与鲁棒性。以上理论分析可为半捷联导引头隔离度的综合评估以及在线补偿方面的工程应用提供指导。

针对工程应用中最优落角制导律性能受导引头隔离度影响的问题, 基于最优落角制导律(GLTIA)和拓展最优落角制导律(EGLIA), 建立了包含捷联导引头隔离度寄生回路的最优落角制导律系统, 研究了捷联导引头隔离度对制导系统稳定性的影响, 利用伴随函数法, 通过仿真对比分析了捷联导引头隔离度对GLTIA和EGLIA制导精度的影响。仿真结果表明: 相比正反馈情况, 当捷联导引头隔离度寄生回路为负反馈时, 最优落角制导律具有较高的稳定域, 系统稳定性会随着隔离度幅值的增大而减小。相比于GLTIA, EGLIA的制导性能更优, 但导引头隔离度对其制导性能的影响也更为严重, 在实际工程应用中, 要保证最优落角制导律有较高的制导性能, EGLIA和GLTIA需将导引头隔离度水平分别控制在2.5%和3.5%以下, 以降低寄生回路对制导系统稳定性的影响。

针对增程单兵火箭弹由于弹道低伸和末段弹道时间短的弹道特点对激光末段制导形成的局限, 研究捷联激光制导导引头在末段全弹道上的目标捕获域和目标捕获率。建立低伸弹道上激光半主动导引头目标捕获域模型, 在不同的火箭弹发射角条件下, 对导引头在末段全弹道上的目标捕获域与最小锥形视场进行仿真, 分析最小目标捕获域边界由双曲线变为椭圆时的弹道点和视场角, 得到导引头的最佳半视场角为5.9°。考虑弹道扰动的影响, 通过蒙特卡罗方法计算末段弹道上不同弹道点的导引头目标捕获率, 得到在弹道上导引头的最佳起始探测弹道点。为增程单兵火箭弹的制导化提供参考。

针对全捷联图像导引头中传感器刻度尺误差与动力学偏差引起的隔离度问题, 阐述了隔离度寄生回路产生的机理, 并提出在线辨识探测器及角速率陀螺刻度尺系数与补偿导引头动力学延迟的隔离度抑制方案。建立导引头“数字平台”的等效模型, 基于无迹卡尔曼滤波算法(UKF), 对传感器刻度尺系数以及真实弹目视线角速率进行辨识; 运用匹配滤波器补偿导引头探测器动力学滞后。最后进行数学仿真, 从稳定弹体飞行姿态与提升制导精度两个方面, 对各方案的可行性进行了论证。结果表明: UKF滤波算法与匹配滤波器可以有效地对隔离度进行抑制并提升制导系统性能。

通过提升谐振腔抗光路变形能力, 可以有效提高机械抖动激光陀螺的抗振动性能。对机械抖动激光陀螺振动中光路扭偏的产生机理进行了理论计算与仿真分析, 分析结果表明, 抖动切向惯性力和振动冲击惯性力是引起振动中光路扭偏的主要原因。通过振动中光路扭偏对振动性能影响的理论分析指出, 减小振动附加上去的朗缪尔零偏, 提高陀螺抗振性能的两大有效措施是减小工作电流和提高光路抗失谐能力。通过物理试验验证了振动中光路扭偏机理仿真分析的正确性。不同工作电流的振动对比试验表明, 降低工作电流可显著提高陀螺的振动性能, 这对于机抖激光陀螺振动特性的提升具有重要指导意义和工程实用价值。

为了获得准确的光电跟踪伺服系统的模型, 采用自适应差分进化算法对光电跟踪伺服系统进行辨识研究, 该算法根据辨识误差平方和自动调整变异、交叉因子。在输入为正弦离散数字信号下辨识系统的离散模型。为了验证算法的有效性, 在频域内与扫频法辨识的一、二阶模型和系统实际输出比较研究。实验结果表明: 在相同正弦离散信号条件下, 辨识输出与系统实际输出基本一致, 与扫频法的RMSE相比减小了20.33%, 二阶模型在高频段偏离系统实际输出稍大些, 一阶系统输出与系统实际输出基本一致。研究结果表明, 自适应差分进化算法计算量小, 方法简便, 辨识准确, 在光电跟踪伺服控制领域具有一定的工程应用价值。

针对高速运动的车辆对光电系统的需求, 提出利用快速反射镜代替原有平面反射镜, 构建上反射镜式光电系统复合轴稳定平台, 并通过理论分析, 推导出该平台的瞄准线矢量方程, 分析瞄准线的运动特性、复合轴稳定补偿原理及控制方法, 并且比较了其与传统一级稳定平台在系统带宽、隔离度方面差异, 最后, 针对实际工程应用, 研究复合轴二级平台轴系安装误差对系统误差的影响。研究结果表明: 上反射镜式光电系统稳定复合轴平台实现了对一级平台稳定误差的补偿, 系统带宽接近快速反射镜带宽, 约为200 Hz, 大幅度提升了系统稳定精度, 但是系统对二级平台的安装误差相对比较高, 其误差需要小于0.05 mrad。