框架式红外导引头伺服系统跟踪特性研究
红外型空空导弹导引头特点及实现方式分析

红外型空空导弹导引头特点及实现方式分析作者:张红波鲁星李妙玲来源:《中国军转民》 2014年第7期张红波鲁星李妙玲引言随着科学技术的发展,战争攻防对抗日益激烈,战争环境日趋复杂,要求红外型空空导弹能在复杂的环境和强干扰条件下准确地探测、识别、跟踪目标。
为此,目前,空空导弹将采用红外导引头技术,它主要有许多独特的技术要求及特点。
1. 红外型空空导弹导引头技术要求及特点分析1.1 具备更高的空间分辨力与探测性能红外导引头技术从单元、多元发展到成像,导弹的空间分辨率和抗干扰能力不断提高。
红外成像制导系统摆脱了把跟踪目标作为一个点热源因而只能跟踪目标最热部分的局限性,通过成像探测器捕获目标的红外图像,其温度分辨率小于0.1℃,可为控制系统提供更多的目标形状、能量信息,使得导弹的命中精度高、抗干扰性强。
成像制导使其制导系统具有一定“智能”和软件可编程灵活性,可根据图像特性,选择目标要害部位进行攻击,故可以在复杂背景或强干扰情况下仍能准确地击中目标,从根本上改善制导武器的性能。
目前作为主流的红外成像导引头采用了线列扫描成像(IRIS-T)或凝视成像技术(AIM-9X,ASRAAM)。
线列扫描成像具有更好的抗激光干扰的能力,且探测器像元的均匀性较好。
而凝视红外成像制导技术由于采用大规模探测单元和凝视工作方式,能够连续累积目标辐射能量,因此具有高分辨率、高灵敏度、高信息更新率的优点,适用于对高速机动小目标、复杂地物背景中的运动目标或隐蔽目标的成像。
此外,凝视成像省去了机电扫描部件,体积小、重量轻、可靠性高,非常适用于对空间、重量要求高的空空导弹。
由于第五代空空导弹本身对红外导引头的探测灵敏度、杂波抑制能力、目标识别能力、瞄准点识别选择能力均有很高的要求,这些要求都希望导引头有小的单元瞬时视场(空间分辨率)。
对于导弹系统而言,大的视场和小的单元瞬时视场往往是相互抵触的。
大的视场对于提高目标探测概率、降低对中制导精度要求等导弹战术性能有利。
导引头伺服系统隔离度与测试

a dn it r a c in li h t bl a in lo d i g ads u b n esg a n t es a i z to o p,t i e h d c n t s h s lt n i d x q ik y i h sm t o a e tt e io ai n e uc l o
Un v r iy o De n e Te h oo y,Ch n s a 4 0 7 C i a i e st f fe s c n lg a g h 1 0 3, h n )
Ab t a t sr c :Angu a s ur a e s l to e a u t d by a i o a i nd x i a m p t t f l r dit b nc io a i n v l a e s l ton i e s n i oran unci n f a to o s e r I r r t e lz ik t s f t s a i n i e ke . n o de o r a i e a qu c e to he iolto nde x,t i i e o i t r nc s l ton o he prncpl f d s u ba e i o a i f t e ke s a l z d, n he s e ri na y e a d a mod lo hei o a i n i e s d du e .The e ft s l to nd x i e c d n,b n l zng t t u t r y a a y i he s r c u e
精确制导武器的导引头综述

精确制导武器的导引头综述摘要:精确制导武器已经成为衡量一个国家军事现代化程度的重要标志之一。
导引头好比导弹的眼睛,在导弹的制导和控制中起着十分重要的作用。
文中对雷达导引头,红外导引头,电视导引头,激光导引头及多模复合制导进行了综述,阐述了它们各自的特点、组成、原理,并对比了这些导引头的优缺点及应用环境。
最后介绍了导引头的发展状况,预测了导引头今后的发展空间、应用领域等问题。
关键词:导引头自寻的导弹制导中图分类号:tj4 文献标识码:a 文章编号:1674-098x (2011)12(a)-0000-00现代化的高科技武器系统,主要任务是对目标进行精确打击,精确打击这一指标在现代化军事中凸显的越来越重要。
精确制导武器现已成为实现精确打击的主要手段之一,是信息化局部战争中物理杀伤的主要手段,并在战争中发挥了重要作用。
由于导引头良好的跟踪、捕获性能,其技术已成为精确制导武器的核心技术之一。
导引头用来完成对目标的自主搜索、识别和跟踪,并给出制导律所需要的控制信号,在制导过程中,确保制导系统不断地跟踪目标,形成控制信号,送入自动驾驶仪,操纵导弹飞向目标。
导引头广泛应用于导弹的雷达、红外、激光、电视等原理制导中,在地空、空地、空空等战术武器的应用中,均取得了惊人的成绩。
1 导引头的功能与组成1.1 导引头的功能导引头是寻的制导控制回路的测量敏感部件,主要包含三大功能:一是截获并跟踪目标;二是输出实现引导规律所需要的信息:三是消除弹体扰动对位标器在空间指向稳定性的影响。
1.2导引头的组成导引头是一个角度跟踪系统,接收机输出与视线角速度成正比的信号。
导引头通过接收系统接收目标辐射,接收到的信号先经过预处理(滤波整形与放大),再由信号处理装置分析推算,得出导引头的位置偏差量,指令形成装置根据偏差量形成控制指令并传给弹上控制系统,同时,伺服系统根据偏差量控制导引头接收系统朝目标方向进行进给运动。
2 导引头的分类导引头接收目标辐射或者反射的能量,确定导弹与目标的相对位置及运动特性,形成引导指令。
导引头伺服控制系统设计与开发

导引头伺服控制系统设计与开发导引头伺服控制系统设计与开发一、引言导引头是一种用于精确指向并追踪目标的装置,广泛应用于导弹、火箭、飞机等领域。
其中,导引头伺服控制系统是导引头能够实现精确指向目标的核心部件。
本文将围绕导引头伺服控制系统的设计与开发展开探讨。
二、系统架构导引头伺服控制系统的架构主要包括传感器、信号处理单元、控制算法和执行器。
传感器负责感知导引头与目标之间的相对位置,将信号传递给信号处理单元进行处理。
信号处理单元对传感器信号进行滤波和放大等处理,提取出目标相关的信息。
控制算法根据目标信息和系统状态,计算出合适的控制策略,并发送给执行器执行。
执行器通过控制导引头的姿态,并通过反馈信号实现闭环控制。
三、传感器选择在导引头伺服控制系统中,传感器起到了关键的作用。
传感器的选择应考虑到性能要求和实际应用需求。
一种常用的传感器是陀螺仪,它可以测量导引头的角度和角速度,提供精确的姿态信息。
另外,加速度计可以提供导引头的线加速度信息,进一步提高系统的稳定性和精度。
四、信号处理信号处理是保证传感器信号质量的重要一环。
通过信号处理,我们可以滤除噪声、提取目标信息,进而更好地进行控制。
一种常用的信号处理方法是卡尔曼滤波,它能够估计出系统的状态,并预测未来的状态。
同时,为了提高系统的实时性,还可采用数字信号处理方法,如快速傅里叶变换等。
五、控制算法在导引头伺服控制系统中,控制算法是决定导引头姿态的关键因素。
常用的控制算法包括比例积分微分(PID)控制、模糊控制和自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制算法,通过调节比例、积分和微分三个参数,实现对系统的准确控制。
模糊控制通过模糊逻辑和模糊规则,根据输入的误差和误差变化率输出一个模糊的控制量。
自适应控制则通过监测系统的动态性能和稳定性,根据实时的系统状态自适应地调整控制参数。
六、执行器设计执行器是导引头伺服控制系统中的输出部件,它负责根据控制指令使导引头运动到期望的位置。
红外成像导引头动态性能测试系统设计

结果。通过对某型号红外成像导 弓 f 头的测试和验证,证明 了 该系统工作高效、稳定,为红外成像导
引头的动态性能测试提供 了有效的方法和手段。
虚 拟仪 器 关键词:动态性能;红外成像导引头; 目 标模拟;
中图 分类 号 :T J 7 6 5 . 3 3 3
文 献标 识码 :A
文章 编 号 :1 0 0 1 — 8 8 9 1 ( 2 0 1 7 ) 1 2 — 1 0 7 8 — 0 5
( C o l l e g e o f A i r De f e n s e a n d A n t i — Mi s s i l e , A i r F o r c e E n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y , X i ’ a n 7 1 0 0 5 1 , C h i n a )
e ic f i e n t a n d a c c ur a t e ,a n d pr o vi d e s a n e f f e c t i ve me t ho d f o r me a s u r i n g t he d n a y mi c pe r f o m a r n c e o f a n i nf r re a d i ma g i n g s e e ke r . Ke y wo r d s :d y na mi c pe r f o r ma n c e, i nf r a r e d i ma g i n g s e e ke r ,t a r ge t s i mu l a t i o n, v i r t u a l i ns t r u me nt
红外成像导引头角跟踪系统仿真分析

t c n o p o e s e e k a y s t f e i n s e i c t n An t e s e e a e g o t- t r r n e r k g l o ft e k ra e d a sy d s p c f a o . d h e k r h st o d a ii e e e c ai h i g i i h n n f
S mu a i n a a y i f h n l r cn y t mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ i l to n l sso e a g e ta i g s se t
f ri r r d i a i e ke o nfa e m gng s e r
Y ANG a Xio ̄i ng,CUI De-o g dn。
杨 晓英 , 得 东 崔
(. 1 中国兵 器工 业 集 团公 司 第二 O 三研 究所 , 西 西安 70 6 ; 陕 10 5
2西 北工业 大学 电子信 息 学院 , 西 西安 70 7 ) . 陕 10 2 摘 要 : 据红 外成像 导 引 头角跟踪 系统控 制 回路 各部 分 的线性 化数 学模 型 。 立 了导 引头 的数 学 根 建 模 型 。对导 引头 角跟 踪 回路 进行 了仿 真和分析 , 从跟 踪 回路 的跟 踪性 能 、 参数 变化 对 回路性 能 的影响 、 考 虑射手模 型 时角跟 踪 回路 的性 能、 离度测 试等 方面进行 了分析和验 证 。仿 真 结果表 明 , 引头跟踪 回路 隔 导 的超调 量、 上升 时间、 隔离度等 性能 已基本 满足设计要 求 , 且具 有较好 的抗 干扰 能力 。对导 引 头角跟 踪 系
统进一 步优 化提 出了建议 , 为红 外成像导 弹制导 系统 总体 方案的确 定和 总体 参数 的设 计提供 了依 据。
雷达导引头伺服系统的研究与开发

雷达导引头伺服系统的研究与开发雷达导引头伺服系统的研究与开发引言:雷达导引头是一种用于制导导弹、飞机和舰船武器系统的关键组件。
它通过接收雷达信号并进行分析来实现目标的精确定位和跟踪。
而伺服系统则是控制导引头的关键技术之一,通过对导引头进行准确的控制,实现目标跟踪和精确制导的功能。
本文将介绍雷达导引头伺服系统的研究与开发。
一、雷达导引头伺服系统的工作原理:雷达导引头伺服系统主要由控制电路、电动机和传感器组成。
其中,控制电路用于接收并处理雷达信号,获取目标位置和速度信息。
根据这些信息,控制电路计算出导引头的运动轨迹,并通过控制电机实现对导引头的精准控制。
传感器则负责实时监测导引头的位置和反馈给控制电路,以实现闭环控制。
二、伺服系统的设计与研发:1. 伺服系统的设计要求:(1)精确性:伺服系统需要对目标进行精确的跟踪,确保导引头始终指向目标。
(2)快速性:伺服系统需要具备快速响应的能力,能够在短时间内调整导引头的位置。
(3)稳定性:伺服系统需要具备稳定的性能,能够在各种复杂环境下保持良好的工作状态。
2. 控制算法的优化:为了提高伺服系统的性能,研究人员们致力于对控制算法进行优化。
目前常用的控制算法包括比例-积分-微分(PID)控制算法和模糊控制算法。
PID算法通过对误差的比例、积分和微分进行调节,来实现更精确的控制。
而模糊控制算法则通过建立模糊规则库,根据不同情况下的输入输出进行推理,实现对导引头的优化控制。
3. 伺服系统的硬件设计:伺服系统的硬件设计也是开发过程中的重要环节。
为了实现快速而精确的控制,需要选择高精度的电动机和传感器,并与控制电路实现良好的匹配。
此外,为了提高伺服系统的可靠性和稳定性,还需要考虑电源、温度控制和防震等方面的设计。
三、伺服系统的性能测试与优化:1. 性能测试:在伺服系统研发完成后,需要进行性能测试,以评估系统的稳定性和性能是否满足设计要求。
性能测试包括静态测试和动态测试两个方面。
红外凝视成像导引头随动系统误差分析

( 北京 华北光 学仪 器有 限公 司 , 北京 1 0 5 ) 00 0 摘 要 : 了分析 红外 图像 末制 导 导弹 的 落点精 度 。 为 需要 对 红 外成像 导 引头 的输 出误 差进 行 估 算 。
分析 了红 外凝视 成像 导 引头伺 服稳像 平 台的控 制 回路 , 以该 回路 为依 据 , 分考 虑 系统 中误 差 产 生 并 充 的 外 因和 内因 , 讨论 了存 在 于导 引头输 出量 中的 弹体扰 动误 差和成 像误 差 , 以及 部件 漂移误 差和 测速 坐标 系误 差 , 导 了各误 差项 的表 达形 式 , 推 最后 基 于以上 分析 , 就如 何 有效控 制导 引 头误 差 , 高其 精 提
输 出 的视 线 角速度 与 实 际 的弹 目连 线 角速 度 的偏 差 。
采用 大规 模红 外成 像 阵列 的红外 凝 视成 像 导 引头 , 摆
脱 了复杂 的光 机 扫描 机 构 。 使光 学 成像 导 引 头 的优 势
度 。 出了有针 对性 的 方法和 关键 点 。 提
关键词 : 红外凝 视成 像 导 引头 ; 误 差 ; 随 动 系统 ; 稳 像平 台 中 图分类 号 : J6 T75 文 献标 识码 : A 文章编 号 :0 7 2 7 (0 60 — 0 5 0 10 — 26 2 0 )1 0 2 — 6
a d t n,b s d n he n a y i b v h e p a tc l d io i a e o t a l ss a o e,t r cia me o ae r p s d n r e t fe t e y o to h t ds r p o o e i o d r o e f c i l c n r l v
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3 导弹六自由度方程
1 导弹气动力和气动力矩 3.
、 侧 定义在速度坐标系中的阻力 ( 沿轴负向定义为正 ) 力和升力 , 分别用 D、 其计算公式为 : Y、 Z 表示 ,
烌 y +ω ( F Vx -ω Vz) a z x y =m y =m V 烍 a F Vy -ω Vx ) Vz +ω z =m z = m( x y 烎
o s i n s -c ψ 燄 c s s c s i n i n o s o s i n + γ γ ψ ψ o s i n i n i n i n o s o s s s s c -c γ -s γ+c γ 燅 ψ ψ i n s c c o s o s简介 : 张昕 ( 男, 山东淄博人 , 中国兵器 2 研究方向为精确制导 ; 田仕达 ( 男, 山东日照人, 1 9 9 1- ) 0 6 研究所硕士研究生 , 1 9 9 1- ) 西北工业大学航天学院硕士研究生 , 研究方向为飞行器制导控制 。
( ) 地面坐标系与速度坐标系间的转换关系 。 地 面 坐 3 标系与速度坐标系之间的关系可以用 航 迹 倾 斜 角θ 、 航迹 方位 角 ψ V 和 航 迹 滚 转 角 γ V 表 示。 从 地 面 坐 标 系 。 ) 3 OgXg Yg Zg 到速度坐标系的转换矩阵表达式见式 ( ( ) 2
o s o s i n o s i n c s c α α -c α β s β 熿 燄 i n o s o s i n i n C c c s s -s α α α a→b = β β i n 0 燀 s β o s o s i n c s c θ θ V ψ 熿 c c s c c i n o s o s i n i n o s o s θ γ γ θ γ = -s V V +s V V V ψ ψ c s c i n o s i n i n o s θ γ γ V V +s V V ψ ψ 燀s c o s β
( ) 6
S烌 D =C q x S烍 Y =C q y
( ) 4
可计算得到导弹弹体轴系速度 分 量 由此微分方程组 , Vx 、 Vy 、 Vz 。 气动力到弹体轴三轴上的投影 : o s o s i n o s i n XA =- D c c s c s α α-Z α β+Y β 烌 i n o s o s i n i n s c c s s YA = D α α+Z α β+Y β 烍 s c ZA =- D i n o s β+Z β 烎 重力在弹体轴系的投影为 : ( ) 7
4-6] 。 馈构成的稳定回路实现对弹体扰动的隔离 [
似成一阶惯性环节 , 为 1 q t f ) ( 2 1 = s+1 τ q t 0 5 ~ 0. 1 s。 制 导 律 采 用 比 例 导 引 初步选 取 τ = 0. 律, 为:
红外导引头角跟踪回路框图如图 1 所示 。
( ) 1 3 θ q c = K t f ) 中, 取值为 4; 3 1 K 为比例导引系数 , 式( θ c 为弹道倾
4. 1 制导算法简化模型
制导滤波 器 近 制导算法由制导滤波器及制导律构成 ,
4 红外导引头跟踪回路数学模型
红外导引头通过测 量 目 标 红 外 辐 射 的 信 号 实 现 对 目 标的角度跟踪 , 利用角度跟踪误差 ( 即失调角 ) 控制伺 服 平 台带动天线旋转 , 使误差角趋 于 零; 同时利用速率陀螺反
·6·
软 件 导 刊 2 0 1 5年
) 速度坐标系与弹体坐标系间的转换关系 。 弹 体 坐 2 ( 标系与速度 坐 标 系 之 间 的 关 系 可 以 用 迎 角 α 和 侧 滑 角β 表示 。 从速度 坐 标 系 O Xa Ya Za 到 弹 体 坐 标 系 的 转 换 矩 a 。 ) 阵表达式见式 ( 2
] [ 3 1 -
究。
1 坐标系定义 2. : 原点 Og 取地面某点 , 地面坐标系 ( S Xg Yg Zg ) g -O g
或目标在地面的投 OgXg 轴位 于 地 平 面 内 并 指 向 目 标 ( ; ;Og 影) 轴 与 地 面 垂 直 向 上 为 正 Og Yg Zg 轴 垂 直 于 指向右方为正 。 Xg Og Yg 平面 , : 原点 O 弹体坐标系 ( S Xb Yb Zb ) b -O b b 取导弹的质心 处, 指 3 个坐标轴 与 导 弹 固 连 ; O Xb 轴 与 机 身 轴 线 一 致 , b 向前为正 ; 垂 直 于 轴, 向上 O Yb 轴位 于 导 弹 对 称 平 面 内 , b 为正 ; 指向右方为正 。 O Zb 轴垂直于导弹对称平面 , b : 原点 O 速度坐标系 ( S Xa Ya Za ) a -O a a 取在导弹的 珝 ; ; 质心处 O Xa 轴与飞行速度V 的方向 一 致 O Ya 位 于 导 a a 弹对称平面内 , 垂直于 O 指向上方为正 ; Xa 轴 , O Za 轴垂 a a 直于导弹对称平面 , 指向右方为正 。
第1 田仕达 : 框架式红外导引头伺服系统跟踪特性研究 2 期 张 昕 ,
·7·
角速度指令 。 法向过载指令 n c 可按下式计算 : y ) n s Vm c( y ) ( 4 1 = ( ) 7 . 3 s 5 θ g c 2 飞行控制系统简化模型 4. 飞行控制系统简化 模 型 由 法 向 过 载 指 令 限 制 和 表 述 飞行控制系统迟后的一阶惯性环节组成 。 , ( · ′ i n i n( n n n s n | g a x) c = m c| cm c) y y y y 烌 () n 1 y s ) )= τ ( ′ 5 1 n s s+1 A c( y 烍 ) ) 5 T1 s+1 7. 3 s g( d ( ()= n Vm 烎 y s ) , ( , 中 为5 式 为导弹可用过载限制 值 5 n 1 为 g; cm a x y 导弹俯仰角速率 ; τ A 为飞行控制系统 一 阶 等 效 时 间 常 数 , 初 步确定其值为 0. 为 0. 2~0. 4 s; T1 7 d 为气动时间常数 , 。 s ~1 3 目标特性 4. 3. 1 目标运动学 4. 假定目标静止或按匀速直线运动 , 即
关键词 : 红外导引头 ; 伺服系统 ; 快速跟踪 I D 校正 ; P : / O I 1 0. 1 1 9 0 7 r d k. 1 5 1 8 8 7 D j ( ) 中图分类号 : 7 0 0 0 P 3 0 2 文献标识码 : 6 7 2 8 0 0 2 0 1 5 1 2 0 0 5 4 T A 文章编号 : 1 - - - 由度仿真模型分别对导弹控制系统 、 制导系统性能进 行 研
燅
( ) 3
C g→a
o s i n s -c θ V ψ 燄 c s s c s i n i n o s o s i n + θ γ γ V V V V ψ ψ
s s s c o s i n i n i n i n o s o s -c -s θ γ θ γ γ V V V +c V V ψ ψ 燅 3. 2 导弹质心动力学方程 在弹体坐标系中 , 建立导弹质心动力学方程 : ax = m( Fx = m Vz -ω Vy ) Vx +ω z y
0 引言
近年来精确制导武 器 在 几 次 局 部 战 争 中 显 示 出 超 常 的作战能力 , 已成为 现 代 高 技 术 战 争 的 主 角 , 使得现代战 争的形态发生了根本变化 , 并不断影响着战争的进程 和 格 局 。 光电制导技术具 有 隐 蔽 性 好 、 抗 干 扰 能 力 强 等 优 点, 己成为精确制导技术的重要分支 。 随着可见光 、 微光 以 及 红外成像等光电探测技术的迅猛发展 , 光电制导技术 的 应 用范围越来越广 , 精度也越来越高
2 2 V = 槡 V2 x + Vy + V z 可得攻角α 和侧滑角β 计算公式 : 由此 ,
( ) 9
) ( 0 1
烌 ( V ) 烍 V 7. 3 a r c s i n( ) β=5 V 烎
7. 3 a r c t a n α =-5
x z
Vy
( ) 1 1
图 1 红外导引头角跟踪回路
S Mx = mx l q r e f 烌 l S My = my q r e f 烍
( ) 5
烌 o s o s c c YG =-G γ 烍
c s o s i n ZG = G γ 烎
3. 3 导弹质心运动学方程
XG =-G s i n
( ) 8
S l Mz = mz q r e f烎 ; ; ) 压 参 考 面积; 中, 为动 为 5 S l 式 ( q e r f 为参考长度 偏 航 力 矩 系 数、 俯仰力 mx 、 my 、 mz 分 别 为 滚 转 力 矩 系 数 、
S烎 Z =C q z 、 z 分别为 ) 中, S 为参考面积 ; C C 4 式 ( q 为动压 ; x、 y C 阻力系数 、 升力系数 、 侧力系数 。
定义在弹体坐标 系 内 的 滚 转 力 矩 、 偏 航 力 矩、 俯仰力 矩分别用 Mx 、 计算公式为 : My 、 Mz 表示 ,
2. 2 坐标系间转换 ( ) 地面坐标系与弹体坐标系间的转换关系 。 弹 体 坐 1