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星光/惯性复合制导最佳星快速确定方法与精度分析

作　者: 叶兵
导　师: 吴杰
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 星光/惯性复合制导 单星调平台方案 最佳星确定方法 单纯形调优法 制导精度分析
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


星光/惯性复合制导方法利用星光矢量的测量信息修正惯性平台的漂移误差,能较大地提高弹道导弹的制导精度和快速发射能力,同时降低武器系统的成本,具有较强的环境适应能力,在机动发射和水下发射的弹道导弹的制导中有着重要作用,目前已经在美俄等军事强国的先进战略弹道导弹中得到了成功应用,结果表明星光/惯性复合制导方法能够显著的提高导弹的命中精度。本论文主要针对单星调平台星光/惯性复合制导方案进行研究,论文主要工作包括以下几个方面:首先,通过对星光/惯性复合制导方法的原理分析,提出了单星调平台方案中斜调平台的方法,建立了星敏感器的测量方程以及平台失准角与初始误差和惯导工具误差的关系方程,分析了导弹的落点偏差随恒星方位的变化规律。数值仿真验证了模型的正确性,结果表明单星调平台方案能够有效提高导弹的落点精度。其次,提出了基于单纯形调优法的最佳星快速确定方法,并通过编制最佳测星方位表来提高其全局搜索能力。考虑到导弹实际发射时强光源对测星的影响和可用恒星的分布,导致理论最佳星无法使用的情况,提出了次佳星的快速确定方法,进一步完善了最佳星快速确定问题的研究,为实际最佳导航星的选择提供了参考。数值仿真结果验证了方法的可行性和有效性。最后,考虑到诸元计算时采用的惯导误差模型可能与实际情况不一致的问题,分析了惯导误差模型对复合制导精度的影响,以及最佳星方位和最佳修正系数在不同误差模型下的适应性,为复合制导方案中误差模型的选择提供了参考。同时,分析了星敏感器安装角对复合制导精度的影响,并采用单纯形调优法对星敏感器的安装角进行了优化,在简单假设下分析了星敏感器最佳安装角的变化规律,相关结果能够为星敏感器安装角的优化选择提供借鉴。论文的研究内容与弹道导弹制导的工程实际紧密结合,所做工作和研究成果能为我国相关武器装备的发展提供理论依据和技术支持。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 研究背景、目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  12-14
  1.3 本文研究内容  14-16
第二章 基本理论  16-33
  2.1 常用坐标系定义及其相互关系  16-20
    2.1.1 常用坐标系定义  16-18
    2.1.2 常用坐标系间相互转换关系  18-20
  2.2 四元数方法表示旋转变换  20-22
    2.2.1 四元数的定义  20
    2.2.2 用四元数表示矢量旋转  20-21
    2.2.3 用四元数表示坐标变换  21
    2.2.4 四元数与欧拉角  21-22
  2.3 平台惯导误差模型  22-26
    2.3.1 加速度计误差  22-23
    2.3.2 陀螺漂移误差  23-24
    2.3.3 平台控制回路静态误差  24-25
    2.3.4 平台控制回路动态误差  25-26
  2.4 位置、速度环境函数矩阵  26-28
  2.5 纯惯性制导圆概率偏差  28-32
    2.5.1 各种误差对t_k 时刻参数偏差的传播  28-30
    2.5.2 t_k 时刻参数偏差对落点偏差的传播  30
    2.5.3 纯惯性制导圆概率偏差  30-32
  2.6 小结  32-33
第三章 星光/惯性复合制导基本原理  33-52
  3.1 星光/惯性复合制导方案分析  33-35
  3.2 斜调平台旋转方法  35-36
  3.3 单星调平台方案星敏感器测量方程  36-37
  3.4 平台失准角分析  37-40
    3.4.1 初始对准误差与定向误差对平台基准的影响  37-38
    3.4.2 初始定位误差对平台基准的影响  38-40
    3.4.3 惯性器件误差对平台基准的影响  40
  3.5 单星调平台方案圆概率偏差及最佳修正系数  40-42
  3.6 仿真分析  42-51
    3.6.1 简单条件下仿真分析  43-46
    3.6.2 真实条件下仿真分析  46-51
  3.7 小结  51-52
第四章 最佳星快速确定方案  52-68
  4.1 基于单纯形调优法的最佳星快速确定方法  52-56
  4.2 最佳星快速确定方案基点优化方法  56-60
  4.3 最佳星快速确定方案仿真分析  60-61
  4.4 次佳星快速确定方法  61-67
    4.4.1 问题分析  61-62
    4.4.2 次佳星确定数据准备  62-63
    4.4.3 次佳星确定方法分析  63-66
    4.4.4 次佳星确定仿真分析  66-67
  4.5 小结  67-68
第五章 复合制导方案精度分析  68-86
  5.1 惯导误差模型对复合制导精度的影响分析  68-72
    5.1.1 问题提出  68-69
    5.1.2 仿真分析  69-72
    5.1.3 结论与总结  72
  5.2 星敏感器安装角对复合制导精度的影响分析  72-77
  5.3 星敏感器安装角优化设计  77-85
    5.3.1 星敏感器安装角优化方法  77-78
    5.3.2 星敏感器最佳安装角变化规律分析  78-85
  5.4 小结  85-86
第六章 总结与展望  86-88
  6.1 论文的主要工作  86-87
  6.2 进一步研究展望  87-88
致谢  88-89
参考文献  89-92
作者在学期间取得的学术成果  92

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制 > 航天器制导与控制
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