半捷联式导引头视线转率提取算法

从而得到惯性视线转率．
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视线转率误差传递特性分析
从上一节给出的视线转率提取算法可以看
出， 视线转率与 11 个测量量有关系， 由于这些测 量量在实际中都存在一定的测量误差 ， 因此， 有必 要对影响视线转率提取精度的主要因素进行分 析． x2 ， x3 ， …） 对于含有多变量的算式 y = f （ x1 ， 有 Δy = f f f Δx + Δx + Δx + … （ 10 ） x 1 1 x 2 2 x 3 3
［3 ］
．
在导弹的导引过程中， 通过导引头获得导弹 和目标的相对信息是对导弹进行导引， 直至命中 目标的必备信息． 惯性视线转率信息是寻的系统 所需观测的最为重要的信息， 利用视线转率， 通过 适当的导引方法， 形成制导指令， 进一步通过调整
．
近年来， 微光电器件和微处理机技术的迅猛 发展使成像探测坐标系统可提供更大面积的焦面 阵列， 成像导引头的探测视场已可以增大到取消 万向支架的程度， 将成像制导武器的探测装置直
［11 ］
类似的， 探测坐标系与体视线坐标系不重合时 ， 有 s = cos cos + sin － ω sx ωx bs ψ bs ω y bs · ω z cos bs sin ψ bs + ψ bs sin bs s ω sy = － ω x sin bs cos ψ bs + ω y cos bs + （ 6 ） · ω z sin bs sin ψ bs + ψ bs cos bs · s ω = ω sin ψ + ω cos ψ +
Abstract ： Optical detector of strapdown seeker was fixed rigidly to the missile body，and many traditional guidance information processing methods can not be applied directly． The half strapdown seeker was studied． According to its different structure，reconstruction algorithm of the lineofsight （ LOS ） rate was derived for rollandpitch and yawandpitch half strapdown seeker． The Influence factors and error transfer relationship for extracted accuracy of LOS rate were analyzed． Then the correctness of the algorithm was verified by Simulink． Key words： lineofsight； half strapdown seeker； guidance law
随着现代战争的发展， 对武器系统的要求越 来越高， 除了要求导弹能够精确地击中并摧毁目 标外， 还要求导弹具有快速性、 体积小、 重量轻、 作 战预备时间短、 视场大以及造价成本低等特点． 成 像导引头利用目标和背景之间的辐射差形成目标 和背景的二位空间图像， 可为寻的系统提供多种 手段对目标进行判别， 实现对目标的自动识别、 瞄 准点的选择以及自动决策等功能． 具有更强的抗 干扰能力和更高的制导精度， 已经成为目前导引 头的主要发展方向
p ω bpx = ψ bp sin bp p ω bpy = ψ bp cos bp · ·
0 · ψ bp 0
（ 2）
ω
p bpz
= bp
·
}
ωx ω y ω z
（ 3）
弹体姿态角速率在体视线坐标系中的表示为 ω bpx ω p = L （ bp ， ψ bp ） bpy ωp bpz
2011 年 7 月 第 37 卷 第 7 期
北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics
July 2011 Vol． 37 No. 7
半捷联式导引头视线转率提取算法
杨宝庆
摘
徐
龙
姚
郁
（ 哈尔滨工业大学 航天学院， 哈尔滨 150080 ）
即体视线坐标系相对惯性坐标系的角速度在体视 线坐标系的表示， 可以通过体视线坐标系相对弹 体坐标系的角速度在体视线坐标系的表示和弹体 姿态角速度在体视线坐标系的表示来计算 ． 体视线坐标系相对弹体坐标系的角速率在体 视线坐标系的表示为 p ω bpx 0 ω p = 0 + L （ bp ， ψ bp ） bpy · ω p bp bpz 即
· 差角速率 · εψ ， ε ． 2． 2 视线转率提取算法 · ·
假设探测坐标系与体视线坐标系重合， 此时 体视线坐标系的角速度可以表示为 p p p Ω p = Ω pb + Ω b （ 1）
1
半捷联导引头配置方案
半捷联式导引头的探测装置安装于万向支架
上， 支架固联于弹体上， 相对于常平架式导引头， 框架上不安装速率陀螺， 即框架不是相对于惯性 既减轻了重量， 同时减小了制造成 空间稳定的， 本． 相对于捷联式导引头， 探测装置可以自由运 动， 因此半捷联式导引头具有更大的视场 ． 半捷联 式导引头按照配置方案的不同又分为两种 ， 即滚 仰式和俯仰偏航式． 滚仰式半捷联导引头， 采用滚 转外框架， 俯仰内框架的结构， 框架相对于弹体可 进行滚转、 俯仰运动． 图 1 所示为滚仰式半捷联导 引头万向支架配置图．
p
（ 4）
图1
半捷联式导引头视线转率提取算法
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其中 L（ bp ， ψ bp ） = sin bp － cos bp sin ψ bp cos bp cos ψ bp － sin cos ψ cos bp sin bp sin ψ bp bp bp sin ψ bp 0 cos ψ bp 整理后得到 p ω px = ω x cos bp cos ψ bp + ω y sin bp － · ω z cos bp sin ψ bp + ψ bp sin bp p ω py = － ω x sin bp cos ψ bp + ω y cos bp + （ 5 ） · ω z sin bp sin ψ bp + ψ bp cos bp · p ω = ω sin ψ + ω cos ψ +
pz x bp z bp bp
0 0 cos λ IV
sin γ L cos λ IV cos γ L － cos λ L sin λ IV
cos λ L cos λ IV ω p px － sin γ L ω p py sin γ L sin λ IV ω p pz （ 9）
0810 收稿日期： 201061074160 ） 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 60736022 ， ybq@ hit． edu． cn． 作者简介： 杨宝庆（ 1980 － ） ， 男， 黑龙江庆安人， 讲师，
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北 京 航 空 航 天 大 学 学 报
2011 年
接固联在弹体上， 通常称之为捷联导引头． 其最主 要的缺点集中于比例导引所需的惯性视线转率信 息难以精确获取， 严重制约了捷联式成像导引头 的广泛应用
图2
俯仰偏航式半捷联导引头万向支架配置图
2
2． 1
半捷联导引头视线转率提取算法
可用测量信息
为了提取视线转率， 首先需明确可利用的测 量信息， 以偏航俯仰式半捷联导引头为例 ， 可利用 测量信息有速率陀螺测量的弹体姿态角速率在弹 B T 体坐标系下的表示 ωBI = ［ ω x ω y ω z］ ， 万向支 架两个框架角度 ψ bs ， bs ， 框架角速率 ψ bs ， bs ， 以 ， 及探测装置探测得到的指向误差 ε ψ ε 和指向误
［1 － 2 ］
产生过载， 使其沿着适当的弹道飞行， 导弹姿态， 完成对目标的打击． 过去由于导引头视场受到成 像探测技术的约束， 为了维持对目标自动跟踪的 物理实现要求， 通常配置可提供惯性稳定的万向 支架机构驱动成像探测装置跟踪目标， 通常称之 为常平架式成像导引头． 这种导引头的瞬时视场 通常很小（ 标称值小于 ± 3° ） ， 需依靠万向支架的 旋转扩展导引头的探测视场， 其优点在于可直接 测量末制导导引规律所需要的惯性视线转率 ， 但 同时存在着需要制造、 维护并校准机械结构、 对视 线的量测受万向支架机电性能约束等缺点
要： 捷联式光学导引头的探测装置直接固联于弹体上， 许多现有的制导信息处 理方法都不再适用． 对半捷联式导引头进行研究， 根据其与常平架式与捷联式导引头不同的配 置方式， 推导了滚仰式和偏航俯仰式半捷联导引头视线转率提取算法 ， 并分析了影响半捷联导 引头视线转率提取精度的主要因素及误差传递关系 ， 通过 Simulink 仿真验证了算法的正确性． 词： 视线转率； 半捷联导引头； 导引律 中图分类号： V 443． 2 关 键 文献标识码： A 5965 （ 2011 ） 07083905 文 章 编 号： 1001-
sz x bs z bs bs p s s ω px = ω sx cos ε cos ε ψ + ω sy sin ε － s · ω sz cos ε sin ε ψ + ε ψ sin ε p s s ω py = － ω sx sin ε cos ε ψ + ω sy cos ε + （ 7 ） s · ω sz sin ε sin ε ψ + ε ψ cos ε p s s · ω pz = ω sx sin ε ψ + ω sz cos ε ψ + ε