随着精确制导**向轻型化、小型化、低成本以及高机动性方向发展, 捷联式光学图像导引头应运而生。捷联式光学图像导引头去掉了结构复杂、价格昂贵的万向支架, 其体积大幅减小, 重量大幅减轻且成本大幅降低, 而可靠性却显著提高。文章深入研究了捷联式光学图像导引系统, 并对其工作原理以及导引头的工作原理进行了详细的阐述, 为捷联式光学图像导引头的研制以及其制导技术的研究奠定了理论基础, 具有重要的意义。

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。

针对全捷联图像导引头隔离度问题，分别推导了由探测器和角速率陀螺之间的刻度尺系数误差及动力学偏差引起的隔离度传递函数；采用系数冻结法及劳斯判据分析了含有隔离度寄生回路的制导系统稳定区域，给出了不同无量纲末导时间下制导系统稳定时刻度尺误差和动力学偏差的取值范围；利用伴随函数法研究了隔离度对制导精度的影响。以上研究结果可以为全捷联制导**制导控制系统参数设计提供参考，对于隔离度正反馈的情况应予以更多关注。

针对全捷联图像导引头无法直接得到惯性系下的视线角速率问题，提出了基于扩展卡尔曼滤波的制导信息估计算法。首先推导了理想条件下视线角速率的解耦公式。进而基于扩展卡尔曼滤波方程，建立了全捷联体制下的制导信息估计模型，结合单兵便携式制导弹药的作战使用模式，通过蒙特卡洛打靶进行了精度仿真分析。最后通过半实物仿真实验对制导系统的闭环可行性进行了验证。结果表明，通过该算法估计得到的制导信息可以满足全捷联制导弹药命中精度的要求，全捷联图像导引头结合制导信息估计算法的技术途径具有较高的工程价值。

以消除捷联图像导引系统视频抖动为出发点，深入研究了捷联图像导引系统传感器稳像方法。通过分析惯性坐标系与弹体坐标系之间的转换关系，推导出了弹体姿态变化与探测器成像平面上像素点坐标变化之间的映射关系，利用该映射关系并结合陀螺提供的弹体实时姿态信息建立起当前帧中像素点坐标在抖动前后的对应关系，再通过数字图像处理中常用的重采样技术和插值技术实现对当前帧的运动补偿，完成了传感器实时稳像方案的设计。实验结果表明，该稳像方法具有很好的实时性和较高的稳像精度。

为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了捷联式光学图像导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率估计算法研究。定义了估计算法所需坐标系并建立了导引头与陀螺数学模型；根据弹目相对运动学及姿态关系建立视线角速率估计非线性状态方程；针对滤波精度与实时性应用的问题，提出无迹Kalman滤波(UKF)方法估计视线角速率，并建立半物理实验系统进行算法验证，实验结果表明：视线角及视线角速率的最大估计误差分别为0.37°与0.68°/s，估计精度分别为0.1008°与0.2116°/s；数字信号处理器(DSP)中算法运行时间约为3.8 ms，视线角速率估计算法同时能满足制导系统对精度与实时性的要求。基于UKF的视线角速率估计算法为捷联式光学图像导引头的工程应用提供理论依据。