[发明专利]基于扩维模型的容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息的方法

说明书

基于扩维模型的容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息的方法，属于制导与控制技术领域。本发明为了解决现有捷联导引头制导信息提取精度较低的问题。它通过捷联导引头量测获得弹体系下的体视线角；建立弹目相对运动方程，对弹目相对运动方程两次求导获得惯性视线角速度的二阶导数与弹目相对加速度的关系方程；利用状态变量建立状态方程；再建立观测方程；最后应用五阶容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息。本发明用于获取捷联导引头的制导信息。

技术领域

本发明涉及基于扩维模型的容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息的方法，属于制导与控制技术领域。

背景技术

捷联导引头相比于平台导引头，具有结构简单、可靠性高、体积小以及质量轻等优点，因此近年来捷联导引头在制导武器中得到越来越多的应用，相关技术已成为世界各国的研究热点。由于捷联导引头直接与弹体固联，导引头所测得的视线角中耦合有弹体的姿态信息，需要设计解耦算法以实现弹体姿态运动的解耦。大部分现代寻的导弹采用比例导引作为末制导律，其在打击运动目标时具有更优性能。然而，捷联导引头无法直接提供比例导引所需要的惯性视线角速率信息；同时，捷联导引头瞬时视场更大，不可避免引入更大的量测噪声，因此，提高捷联导引头制导信息的提取精度对于捷联制导系统的应用具有重要意义。

通过对已有技术文献进行检索分析，目前对于捷联导引头制导信息提取可分为以下两类：基于视线运动学模型的提取方法和基于视线动力学模型的提取方法。

基于视线运动学模型的提取方法，首先根据导引头测量的视线角信息采用微分网络或滤波器等方法估计出体视线角速度，然后结合载体的姿态角速度计算得到惯性视线角速度信息。这类处理方法提取体视线角速度过程中难以抑制体视线角噪声，只适用于低动态的制导武器，且提取精度较差。

基于视线动力学模型的提取方法，通过推导弹目相对加速度与惯性视线角速度的关系，以惯性视线角和惯性视线角速度为状态变量建立状态方程，以导引头输出的体视线角作为量测量建立观测方程，并采用滤波方法对视线角速度进行估计提取。这类提取方法可建立相对精确的模型，获得较高的提取精度。如“捷联式光学导引头视线角速率解耦与估计”，孙婷婷，储海荣，贾宏光，张跃，李岩，《红外与激光工程》，第43卷第5期，2014年，利用无迹卡尔曼滤波算法对传统四维状态方程进行滤波，由于传统四维状态方程依赖于对弹目距离的估计精度，在弹目距离估计误差较大时提取精度较低。“基于粒子滤波的捷联成像导引头视线角速率估计”，李璟璟，伊国兴，张迎春，《弹箭与制导学报》，第29卷第2期，2009年，利用粒子滤波对传统四维状态方程进行滤波，提取精度很高，但计算量过大，难以进行工程实际应用。

发明内容

本发明目的是为了解决现有捷联导引头制导信息提取精度较低的问题，提供了一种基于扩维模型的容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息的方法。

本发明所述基于扩维模型的容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息的方法，它包括以下步骤：

步骤一：通过捷联导引头量测获得弹体系下的体视线角；

步骤二：建立弹目相对运动方程，对弹目相对运动方程两次求导获得惯性视线角速度的二阶导数与弹目相对加速度的关系方程；

步骤三：利用状态变量建立状态方程；

步骤四：根据弹体系到地面系的坐标转换，推导由惯性视线角结合弹体姿态信息，得到弹体系下体视线角的转换方程；并推导弹目距离变化率与弹载GPS输出的高度变化率的关系方程；将以上两方程结合建立观测方程；

步骤五：应用五阶容积卡尔曼滤波提取捷联导引头制导信息。