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[硕士论文] 李博文
导航、制导与控制 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:现代战争中,导弹技术不断发展,促使空中的作战环境变得更加复杂。智能化机动目标的出现,使得导弹的拦截制导问题正在面临着严峻的挑战。为了提高拦截机动目标的概率,有必要研究一种新的导引策略。本文以机动目标的拦截问题为研究背景,结合博弈理论中的动态博弈和矩阵对策,提出了一种基于博弈理论的导弹拦截制导策略的新方法。
  首先,建立了拦截弹与目标的数学模型。分别为一对一拦截与多对一拦截两种情况。根据导弹末制导过程的弹目相对运动关系,分别推导出弹目运动方程,并将其转换成非线性状态空间表达式。在本文中,研究该非线性状态空间表达式时不需要将其线性化,因此更加符合导弹飞行末端的物理意义。
  其次,建立了拦截弹末制导的博弈模型。同样为一对一拦截与多对一拦截两种情况。运用博弈理论中的动态博弈与矩阵对策相结合的方法,将拦截弹末制导过程转化为博弈论中的二人竞争博弈模型。选取目标规避策略中有限种机动形式的线性组合作为策略集,再通过选取末制导过程中适当的收益函数,建立了拦截弹末制导的动态博弈模型。
  再次,研究了基于博弈论的一对一拦截问题的制导律。以一对一拦截为背景,运用模型预测算法和粒子群优化算法,求取了此动态博弈模型的纳什均衡解。通过求取的纳什均衡解,得出了分段的切换策略形式的拦截制导律。仿真验证了基于此方法得出的拦截制导律的有效性。
  最后,研究了基于博弈论的多对一拦截问题的协同制导律。以多对一拦截为背景,运用模型预测算法,求取了此博弈模型的纳什均衡解,并得到了适用于多对一拦截问题的协同制导策略。仿真结果验证了该制导律的有效性。
[硕士论文] 杨康华
电子与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:导弹是我国重要的国防战略武器。制导和控制系统是导弹的重要组成部分,控制着导弹的轨迹和目标锁定,对导弹能否有效毁伤目标起到非常重要的作用。因此,对导弹控制装置安全、可靠性检测是确保导弹正常工作的先决条件。由于电气控制装置内有大量的控制芯片、继电器、连接线路,人工对电气控制装置进行检测是十分困难。因此研制一种自动测试系统具有重要的意义。本文根据电气控制装置内部结构特点,设计了自动测试系统检测方案,搭建了控制装置检测平台,达到了预期测试性能。
  在硬件测试方面,本文依据客户提出的要求,自动测试系统需要具有产品自动测试和产品导通测试两种功能。首先,利用工控机通过1553B通讯总线与电气控制装置进行通讯,向产品发送数字量指令完成一系列动作指令,以实现检测设备与控制装置的互联互通。其次,设计数据采集板卡、开关量板卡、电压调理电路和数字量隔离电路,实现对控制装置的16路模拟量进行电压采集,196路数字量与56路开关量进行测量。最后,利用单片机完成对产品的356路导通测试。其中,该自动测试系统具有通道切换功能,能实现五个通道线路分时接通切换。
  在软件上利用LabWindows/CVI开发平台,实现了对整机测试功能、电装测试功能、自检测试功能、导通检测功能。在软件设计中使用的功能包含自动测试,单步测试,遇故障报警并提示出错等内容。对数字量、模拟量进行数据的显示以及信号控制输出。该软件程序具有通用性和模块化,软件界面的设计简洁明了,能使测试工作者根据提示进入对产品的测试。
[硕士论文] 高红梅
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:多自由度高速移动机构是链路项目中重要的姿态模拟设备,旨在完成武器性能的测试实验,其性能的优劣直接关系到测试结果的可靠性和可信性,在武器系统研发过程中起到决定性作用。本论文主要完成模拟系统的关键部分——控制系统的相关设计工作。
  本论文首先根据设计指标要求确定了PC机+运动控制卡的半闭环控制方式,设计了包括人机交互系统、驱动系统和运动执行系统的三层结构。而后根据该结构对系统的硬件和软件分别进行了详细设计。其次,建立了控制系统的数学模型,通过Matlab对系统速度控制和位置控制进行了仿真分析,仿真结果表明系统速度精度、定位精度均满足指标要求。最后,本文搭建了性能测试装置,完成了性能测试实验,测试结果表明该多自由度目标姿态模拟系统的速度精度、定位精度等各项性能均满足指标要求。
  多自由度目标姿态模拟系统的控制系统控制精度高,控制简单、可靠。经过多次运行测试,设备运行状态良好,达到了设计指标要求。
[硕士论文] 戴晨曦
控制科学与工程;导航、制导与控制 东南大学 2017(学位年度)
摘要:弹载捷联惯导系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)的精度是决定导弹打击能力的关键因素之一。随着存放时间的变化,捷联惯导系统的惯组(Inertial Measurement Unit,IMU)误差参数发生变化,IM的误差是捷联惯导系统的主要误差源之一,仍然按照出厂参数补偿惯性传感器会导致惯性系统的导航精度变差,降低导弹命中精度。因此需要对长时间存放的弹载捷联惯组进行重新标定,保证惯导系统的精度。传统的捷联惯组标定方法需要将IMU从导弹中拆出,通过高精度三轴转台进行标定,过程繁琐,耗费大量的人力物力,且可能引入新的安装误差。针对传统标定方法的问题,本文以实际弹载车为应用背景,提出了一种弹载捷联惯导系统免拆标定方法,以高精度GPS和主惯导提供速度、姿态、加速度和角速度观测信息,通过Kalman滤波和最小二乘估计待标定惯组的误差参数,在不拆装弹载惯组的情况下对惯性器件进行标定,有效地降低了标定成本,减少了标定时间,对提高武器系统的快速反应能力有重要意义。本文所做的主要工作如下:
  1.研究了弹载捷联惯性导航系统的基本原理和捷联惯导姿态、速度和位置信息的解算方法,建立了弹载捷联惯组中光纤陀螺和石英挠性加速度计的误差模型,推导了北天东坐标系下弹载捷联惯导系统的失准角方程和速度误差方程;
  2.研究了Kalman滤波和最小二乘理论,以高精度GPS提供的速度信息和高精度主惯导提供的姿态、比力、角速度信息为观测量,推导了“速度+姿态”匹配、比力匹配和角速度匹配的系统方程,以此为基础提出了弹载捷联惯导系统免拆标定的原理框架;
  3.研究了基于PWCS和奇异值分解的可观测性分析方法,建立了弹载捷联惯导系统仿真平台,分析了匀速直行、拐弯、起竖、侧倾四种机动下“速度+姿态”匹配、比力匹配和角速度匹配惯组误差参数的可观测度,可观测度分析结果表明拐弯、起竖、侧倾三种机动可以激励出惯组全部24项误差参数;对四种机动下的不同匹配方式进行了数学仿真,仿真结果表明“速度+姿态”匹配、比力匹配和角速度匹配可以得到惯组误差参数较好的估计结果。在可观测度分析和数学仿真的基础上结合弹载车的实际机动能力,设计了免拆标定方案的机动路径和流程;
  4.利用高精度三轴转台模拟弹载车的机动路径,对一套中低精度光纤惯组进行了免拆标定方法的试验验证。以转台提供的高精度姿态信息和角速度信息构造外部观测量,分别进行了“速度+姿态”匹配,比力匹配和角速度匹配不同机动下的标定试验,并以传统分立式标定结果为参照,分析免拆标定结果的精度,并比较了两种标定结果补偿后的纯惯性精度,进一步证明了免拆标定方法的有效性和工程可行性。
[硕士论文] 张瑞
仪器仪表工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着国防事业的不断发展,作为新型导弹关键信号测试的载体,弹载存储测试系统发挥着越来越重要的作用,其可靠性关系到测试数据的准确性以及后期的设计研发。因其具有发射过载高、一次使用以及长期贮存的特点,使得在可靠性评估和使用方面存在许多问题,导致高过载条件下失效的现象时有发生,依据以往的故障分析理论又难以准确查找原因,只能定性为环境应力可能对高过载下的测试系统使用可靠性产生了影响。通常研制部门提供的可靠性指标是一个基于统计情况下的经验预估值,缺乏定量描述系统在贮存过程中性能参数逐渐退化以及外界冲击载荷作用下对其可靠性的影响。
  针对以上情形,本文设计了一种既符合紧凑设计条件下微型化的指标,又能在高温、高压、强冲击振动、高过载等恶劣环境下工作的弹载存储测试系统,能够满足要求环境的全弹道动态参数测试,通过植入新型导弹战斗部,独立自动完成恶劣环境下的信号高速采集与海量存储。该测试系统由传感单元和记录仪两部分组成。传感单元主要负责前端数据的采集,记录仪主要负责数据的调理、存储,采用多通道选择设计,可以记录32路关键信号,为新型导弹的分析研究提供了依据,并且增加负延时无效块预留设计与通道错位纠正设计,提高了数据的准确性。
  考虑到试验的高成本,本文从高可靠性设计出发,对其进行了理论分析验证、电池抗冲击试验、弹体侵彻仿真以及测试系统保护设计。同时,从基于性能退化的可靠性分析的角度出发,引入退化性失效与突发性失效两种模式,综合分析测试系统性能参数的动态测量数据和静态检测数据,对其可靠性进行了研究。最后,通过实验,证明了该测试系统的设计合理性与性能可靠性。
  本论文通过引入基于性能退化的可靠性分析,为测试系统在高过载条件下的可靠性分析与寿命评估提供了一种思路,拓宽储存寿命评估的研究范围,为测试系统的科学定寿提供理论支持,具有重要的意义。
[硕士论文] 吴鲲
机械工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:振动环境试验作为导弹等武器装备研制过程中至关重要的一项研究手段,对于保证系统电路可靠性、操纵安全性、结构强度等诸多方面具有极为重要的意义。对于导弹等大长径比产品,传统单点单轴向振动试验存在悬臂部位过多、推力不足、振动应力分布集中等缺陷;多点激励振动试验能够更加真实地模拟实际力学环境,已逐渐成为力学环境试验技术的发展趋势。目前国内多家单位开展了双台联振试验,但试验中控制点位置、控制方式、振动台激振位置的选取多通过摸底试验确定,导致试验人员工作量繁重且最终也难以确定较优的试验方案。随着计算机、数字仿真、结构动力学分析等技术的发展,虚拟振动试验成为辅助与指导实际试验的一种新兴技术。通过虚拟振动试验,可使试验人员在正式试验前了解、分析并比较各种试验方式的效果,提前知晓不同试验方案下试件各部位振动响应。
  为了避免导弹多点激励振动试验中制定试验方案的盲目性,保证结构试件各部位振动响应量级控制在合理范围内,需要开展多点激励随机振动虚拟试验技术研究。主要研究成果如下:
  1、研究了结构动力学分析的相关理论及功率谱均方根值理论计算方法。主要研究了随机振动在频域内激励与响应的关系;研究了随机振动自功率谱密度曲线并提出了一种基于坐标系转换的功率谱均方根值的计算方法。
  2、研究了多点激励随机振动虚拟试验响应控制算法。基于随机振动激励与响应的关系,借助ANSYS Workbench,得出一种适用于多点激励随机振动的响应控制算法;通过Matlab与ANSYS Workbench软件相结合的手段,开展多点激励随机振动仿真试验完成了该算法的可行性验证。
  3、提出了两种改进的多点激励随机振动试验的控制方式。理论上对方阵控制及长方阵控制的控制机理进行了研究,针对传统控制方式的不足,对之改进得到了“方阵+限幅”控制及坐标转换控制两种方式,并详细论述了其实现机理;结合多点激励随机振动响应控制算法,借助 Matlab软件编写了各控制方式的振动响应控制算法,通过ANSYS Workbench软件开展了典型细长型结构各种控制方式下的多点激励振动仿真试验,对比分析了各种控制方式的控制效果。
  4、开展了某型号导弹全弹自由飞双台联振虚拟试验。完成对导弹CAD模型的简化与质量等效,建立了导弹有限元模型;对导弹有限元模型模态与试验模态数据进行了对比验证;依次开展了全弹双台联振在方阵控制、长方阵控制方式及方阵+限幅控制、坐标转换控制下的有限元试验仿真,对比分析了控制效果;对导弹多点激励随机振动试验各控制方式优劣进行了总结分析,给出了选择建议。
[硕士论文] 杨钦
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来控制和指引导弹打击目标的一项技术。红外制导技术因其全天候、对气象环境要求低等特点,已经在精确制导武器领域占据着重要的位置,并将在未来现代化战争和局部战争中发挥更重要的作用。由于红外制导技术需要处理大量数据,因此实时处理已成为红外制导技术的难点。数据分发服务(Data Distribution Service,DDS)定义了以数据为中心的发布/订阅通信机制,它区别于传统的中间件,采用统一的编程接口来实现数据的发布、传输和订阅,优化了分布式系统的结构,提高了系统数据通信的实时性。因此,本文主要是对基于数据分发服务的红外制导仿真进行研究。
  本文首先介绍了数据分发服务的原理,包括DDS的通信模型、架构,及主要组成部分,并就如何建立DDS实时数据通信进行了详细介绍。其次介绍了红外信号探测的原理,包括信号的可探测性分析和探测信号的处理过程分析。之后详细阐述了红外探测距离的计算方法和利用调制盘对信号调制、解调的方法,设计了旋转调频式调制盘信号信息提取的算法,并编程实现了这一过程的仿真。然后研究了红外图像的处理过程,包括图像预处理、红外目标自适应搜索和跟踪。最后仿真实现基于DDS的红外制导过程,并以图形的方式展示导弹和目标的运动模型。本课题最终完成了一个包含有,红外信号探测、红外图像处理、数据分发服务以及图形显示运动轨迹等模块的,红外制导仿真系统。
[硕士论文] 刘伟
信息与通信工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着多传感器信息融合技术的不断发展,多模复合寻的制导技术已成为精确制导武器的一个重要发展方向。在多模复合制导系统中,利用不同探测器各自的优点进行组合探测与跟踪,可有效提高复合制导系统的整体抗干扰性能和目标鉴别性能。论文基于某雷达/红外/激光三模复合制导系统,开展了特征级信息融合算法的设计与工程实现的研究工作。
  首先,论文针对雷达/红外/激光三模复合制导系统给出了多模复合制导的信息融合方案,在此基础上完成了特征级融合模块的算法设计和实现。论文给出的特征级融合算法针对雷达/红外两种探测器信息进行特征级融合,利用融合后的特征向量进行目标鉴别,确定是否为待攻击目标。整个特征级融合算法包括特征提取、特征融合、目标鉴别三个组成部分。特征提取在完成特征选择与特征可分性分析的基础上,采用特征提取算法从前端雷达/红外探测器信息中提取目标特征;特征融合采用基于有序加权平均(OWA)的特征融合算法对红外/雷达两种异类探测器信息进行特征层融合,得到目标的融合特征;目标鉴别采用改进的基于边界支撑向量(SVDD)算法和K近邻(KNN)分类算法相结合完成目标鉴别处理,判定目标的身份。完成算法的原理层设计之后将整个算法在现有硬件平台实现,在算法性能的前提下充分结合硬件平台的特点将算法移植到以TMS320C6678为核心的硬件平台。最后对硬件平台中运行的特征级融合算法进行测试验证,验证算法的实时性和鉴别性能。
  本文在信息融合的原理基础上,结合弹载平台的特殊性,设计并实现了特征级信息融合算法,结合雷达/红外异类传感器优势,提高了目标鉴别性能。
[硕士论文] 邢孟秋
信息与通信工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:现代战场环境日益复杂,使得多传感器复合制导技术成为精确制导武器的重要发展方向。多传感器复合制导技术可以使不同传感器在探测、跟踪、识别等性能上得以互补,从而提升整个制导系统的制导性能。雷达、红外与激光传感器是导引头常用的传感器,利用这三种传感器进行组合探测与制导是提高精确制导武器抗干扰性能的重要技术途径。论文的主要研究工作基于多模复合制导信息融合技术展开,设计了一套可用于雷达/红外/激光三模复合制导系统的信息融合抗干扰方案,基于TMS320C6678多核DSP系统完成主要算法的软件设计与开发,并利用仿真测试系统,对信息融合系统方案进行了性能测试。
  首先,论文对信息融合技术的原理做了简单的论述,并对融合结构进行了划分:按照位置级结构可划分为集中式、分布式、混合式、多级式等;按照目标属性级结构可划分为数据级、特征级、决策级等。基于信息融合原理与空-地制导背景,选定了特征级分布式信息融合结构,设计了一套多模复合信息融合系统处理方案,该方案可适用于雷达/红外/激光三模复合制导系统。
  然后,基于所设计信息融合方案,对信息融合中心的关键技术,包括时空配准、航迹关联、航迹融合,进行深入研究,给出了相应的算法设计,并通过Matlab仿真验证算法的可行性。由于不同传感器所探测数据在时间、空间上都有偏差,需要进行校准才能做后续处理。时空配准实现了不同传感器航迹在空间、时间上的统一。航迹关联主要任务是对不同的传感器所观测的各目标航迹进行匹配,将来自同一目标的航迹归为一组,便于后续环节处理,系统的抗干扰性能主要体现在这个环节。航迹关联完成后,再利用航迹融合算法将已关联航迹对进行合并,用以更新系统航迹。
  最后,简单介绍了以TMS320C6678型号DSP为主处理器的信息融合系统数据处理硬件平台以及信息融合系统整体的工作流程。着重阐述了信息融合系统中的航迹关联策略,该策略主要目的为:在各目标的航迹经关联处理后,根据航迹关联情况确定航迹关联环节最终的航迹输出。航迹关联环节在一定程度上体现了复合制导体制优异的抗干扰性能。结合航迹关联策略与信息融合中心关键技术,设计实现了信息融合航迹关联抗干扰方案,并利用数字仿真测试系统,对信息融合系统进行了性能验证。
[硕士论文] 刘朝枢
电子科学与技术 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:天基红外预警系统是导弹防御系统的重要组成部分,预警系统通过不同轨道卫星平台搭载的红外探测器协同工作,实现对目标的探测和跟踪。预警探测过程中,地球临边和卷云背景对红外探测器的成像效果有很大的影响。
  本文设计编写了天基红外预警成像仿真软件,重点关注2.63μm2.85μm和4.21μm~4.95μm波段下卷云和地球临边背景的辐射特征,利用卫星和导弹轨道参数可实现预警卫星对导弹助推段和中段过程的实时成像仿真。通过对天基红外预警卫星探测成像过程的仿真,可用于评估红外预警系统的探测性能,提高弹道导弹的突防能力,也可用于红外预警系统设计和改进工作。本文的主要内容包括三个部分:
  (1)使用Modtran软件计算了地球临边背景的热辐射和辐射透过率参数。分析不同纬度、季节、气溶胶模式和太阳方位对临边辐射特征的影响。
  (2)利用等效尺度参数和MIE散射理论计算了卷云的单次散射特性,在考虑多次散射的情况下使用双向反射函数对卷云的反射特性进行研究。再结合卷云发射率与光学厚度的关系设计了卷云的辐射计算模型。
  (3)基于OpenGL图形接口和OSG渲染框架编写了临边和卷云背景下天基红外预警探测器对点目标观测的实时仿真软件,利用STK工具实现导弹卫星的轨道实时计算。建立大气临边背景、卷云的热辐射和反射的仿真渲染模型,结合地球、卷云和大气临边的几何模型,利用预计算纹理的方法实现了在卷云和临边背景下对助推段和中段的实时仿真。
[硕士论文] 朱姣
电子科学与技术 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:天基红外预警系统在弹道导弹防御方面发挥着极其重要的作用。地球同步轨道和中低轨道上卫星载荷联合对发射的弹道导弹进行探测跟踪,由于天基预警探测距离远,目标呈点特征。本文对弹道导弹主动段和中段进行了红外成像仿真,利用导弹成像信噪比特征分析了天基红外系统的探测能力,同时分析了导弹目标的成像轨迹特征,并在OSG(Open Scene Graph)平台上实时仿真了导弹的成像特征以及运动轨迹。主要研究内容如下:
  研究导弹主动段尾焰的红外辐射特征,建立了主动段尾焰几何模型,基于2.63~2.85μm和4.21~4.45μm波段内在特定探测角度上实测获得的导弹尾焰辐射数据,考虑有弹头遮挡时各探测角度上尾焰的投影面积,计算了双波段内导弹尾焰在不同高度、不同探测角度上的辐射强度。另外基于中段导弹弹头温度的变化情况,结合弹头在不同探测角度上的投影面积,计算了时间和探测角度两个维度上弹头的辐射强度。
  设置典型卷云背景作为导弹主动段的探测背景,计算了大气层高度为100km内不同探测角度上的大气透过率。理论计算深空背景辐射亮度,将其作为导弹中段的探测背景。针对光学系统对点目标的扩散效应进行建模,完成了探测器积分响应过程,通过大量成像仿真结果分析了探测角度、飞行高度、探测距离以及光学系统焦距变化时导弹目标的预警仿真图像,接着计算目标成像信噪比,用于衡量成像质量并分析探测能力。
  建立导弹发射坐标系到像面坐标系的转化矩阵,仿真了导弹在发射坐标系下的运动轨迹和像面坐标系下的成像轨迹。在天基红外预警、红外成像特征分析仿真的基础上,基于本课题组已构建好的OSG平台实现导弹目标实时红外成像仿真,主要分析了成像特征和图像上轨迹的变化。
[硕士论文] 霍亚玺
物理学 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:雷达对抗过程中,海面蒸发波导环境中雷达超视距探测的应用越来越广泛,尤其在军事方面显示出强大的功能。同时,针对基于蒸发波导环境超视距雷达探测的目标隐身方法也成为学术界关注的焦点。雷达隐身是目标“隐身”的重要分支、各国瞩目的研究领域、国防实力的重要标志。本文另辟蹊径,从声波传播能够改变电磁波的传播媒质信道特性从发,提出了一种针对蒸发波导超视距雷达隐身的新方法,并进行理论研究和实验验证。本文的主要研究内容如下:
  讨论了蒸发波导超视距传输所需媒质信道的特性,探究了电磁波在蒸发波导中超视距传播的机理,并根据大气折射率梯度引起电磁波传播方向变化的射线描迹理论,分析了超视距雷达电磁波在蒸发波导中的传播模式。
  基于声波传播改变局部大气折射率的机理,根据声波干涉理论,获得人工可控的大气折射指数分布“不均匀体阵列”,并结合计算机仿真技术,论证了相干声波破坏蒸发波导环境折射率梯度结构的理论依据,揭示了相干声波改变折射率梯度的蒸发波导超视距雷达隐身方法的物理本质,设置实验验证了理论可行性。
  建立了蒸发波导超视距雷达目标隐身方法的理论模型,根据分波阵面法、阵列天线理论,结合电磁波在蒸发波导中的射线轨迹,设置了相干声波波源系统,仿真了声波扰动蒸发波导引起超视距雷达目标的隐身结果;结合蒸发波导环境特性理论设置了蒸发波导模环境拟系统,给出了适用于工程应用的隐身方法实验方案,以验证所提隐身方法的正确性及可行性;结合海上目标现存隐身、反隐身途径,探索了该方法的工程应用及实现模式。
  本文所研究的超视距雷达隐身方法,是蒸发波导中超视距传播理论、蒸发波导超视距雷达技术、雷达隐身技术以及晴空大气人工变态几个方面高度交叉融合的创新体,有望成为海上目标隐身领域的一项重大突破,在军事和民用方面都具有潜在的应用价值。
[硕士论文] 王娅静
控制科学与工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:导引头主要应用于精确制导领域,它可以实现对目标的搜索、捕获、识别与跟踪拦截功能。在对目标跟踪拦截的过程中,弹体运动、气流以及摩擦等干扰会通过多种方式耦合到导引头,严重影响导引头视线稳定与跟踪。传统方法中对扰动的隔离一般通过在导引头天线框架上安装速率陀螺,然后直接反馈控制来实现。但是随着小型化导引头的发展,直接稳定方式的负载体积受到限制,所以捷联式稳定方案被提出用以解决导引头视轴稳定问题。
  本文针对捷联式稳定平台下导引头对弹体扰动的隔离方法,进行了原理性的分析,并建立了角速度和角位置两种补偿方法下的仿真模型,对补偿算法的有效性进行了验证。最后搭建了导引头捷联式稳定平台的实验测试系统,对补偿算法进行了实际验证。本文的主要研究内容如下:
  (1)阐述了导引头的直接稳定和捷联稳定原理,以及坐标系旋转变换的欧拉角和四元数两种表示形式以及两者之间的关系。
  (2)建立了天线框架动力学模型,通过仿真验证了弹体扰动是造成导引头天线视轴不稳定的主要因素。
  (3)根据实际参数建立了稳定平台伺服机构的模型,并利用PID控制方法对速度环与位置环进行了校正,然后仿真分析了捷联稳定平台下角速度和角位置两种补偿方法对弹体扰动的隔离性能。
  (4)采用时间序列分析法建立了陀螺信号随机漂移模型,并基于该模型建立了卡尔曼滤波方程,对陀螺数据进行了处理,有效降低了陀螺信号的随机漂移对稳定精度的不良影响。
  (5)搭建了导引头捷联式稳定平台的实验测试系统,在DSP集成开发平台中开发了角速度和角位置两种补偿方法的软件,通过实验验证了补偿算法在工程应用中的可行性。
[硕士论文] 李奕
电子科学与技术 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:目前,红外成像导引头已广泛用于空空、空地、地空以及地地等多种战术武器中。近年来,随着国际战争形式的不断变化,导引头工作环境越来越复杂:整流罩的气动效应与外场激光干扰逐渐成为影响导引头成像质量的重要因素。开展气动效应及激光干扰红外导引头的成像建模仿真技术研究,不仅能为复杂环境下高速飞行导引头的成像特征研究提供分析模型,还能为提高导引头抗干扰能力的工程研究提供参考数据,具有重要的实用价值。
  本文根据能量传输、信号传递过程,对红外导引头的成像特征进行了建模仿真研究;通过建立整流罩热辐射传输模型,对实际工况下整流罩气动效应引起的导引头成像质量变化进行了仿真;依据信号转换原理、饱和信号转移规律,完成了激光干扰红外导引头后的成像特征建模仿真。本文主要研究内容如下:
  1.完成了红外导引头成像特征的工程化建模仿真过程。首先,根据红外成像导引头的基本结构与工作原理,分析了红外辐射经过导引头的信号传递过程,并对信号经过红外导引头光学系统、探测器、信号处理系统各模块的成像特征展开分析。其次,使用光学设计仿真软件Zemax建立了导引头光学系统的工程化模型,结合系统MTF曲线完成了导引头光学系统效应的仿真;再次,根据高性能红外导引头的成像需求,结合光电转换过程,对导引头探测器的积分时间、响应非均匀性、噪声特性、空时域滤波效应等建立物理模型,并对其引起的导引头成像特征变化进行图像仿真;最后,根据模/数转换原理以及电路滤波特性完成了导引头信号处理系统的建模与仿真。
  2.完成了气动效应影响下导引头成像特征变化的建模仿真过程。首先,使用流体仿真分析软件Fluent对整流罩外流场、整流罩窗口的温度场分布进行了仿真;其次,根据介质折射率与温度的数值关系,在Zemax中建立整流罩的梯度折射率模型;最后,根据梯度折射率模型下导引头成像系统的点扩散函数,完成整流罩气动效应的仿真,并对不同飞行条件下,气动效应引起的导引头成像质量变化进行对比分析。
  3.完成了激光干扰红外导引头的成像特征仿真。首先,根据激光干扰下探测器的信号饱和传输原理,建立了激光干扰导引头成像的饱和串扰模型;其次,通过改变激光辐照强度、激光入射角,仿真了不同干扰条件下的导引头成像特征;最后,结合图像质量评估方法,对不同激光干扰条件下的导引头成像特征进行对比分析。
[硕士论文] 姜迪
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:本论文所介绍的仿真软件根据实际工程背景进行开发,主要仿真舰船平台发射反辐射导弹拦截目标的整个过程。仿真软件着重于对反辐射导弹的被动雷达制导过程进行仿真。同时模拟舰船平台发现空中目标,发射架调转,导弹加电供气,导弹追踪拦截,飞行轨迹显示,历史数据存储等功能。仿真软件主要旋转基线干涉仪算法进行导引头测向仿真。Windows7环境下进行开发,在Visual Studio2010可视化集成开发框架内结合RTI-DDS通信软件,Oracle数据库,OpenGL绘图接口编程实现软件多个功能开发。
  在导弹飞行过程中,弹体自身进行旋转,同时受到导弹的孔径空间大小限制,要求测向算法的实现简单又要保持良好的精确度。旋转基线干涉仪测向算法是通过两个基线的旋转,在基线旋转变化过程中形成众多长度不同的短基线,相当于采用了多个天线通道,可以在有限空间下进而实现解模糊的运算。旋转基线干涉仪测向算法可以很好完成导弹飞行中对目标位置信息的测向。
  仿真软件采用基于对话框的应用程序框架进行前台操作界面开发,模拟现实操作的平台界面;使用ADO技术进行软件平台对Oracle数据库操作,实现数据存储盒显示;采用RTI-DDS通信软件进行网络中数据传输;OpenGL图形接口实现导弹和目标飞行轨迹显示。在软件设计阶段,就依照软件工程的理论进行模块设计和需求管控。先对软件使用单位的需求进行整理分析,然后进行总体设计和模块化设计,最后对软件进行黑盒白盒测试。最终开发出了一套既可以在单机环境下运行又可以在局域网中运行的仿真系统。
  本文开发的软件比较详细的仿真舰船平台从发现目标到最后拦截目标的过程。其中所使用测向算法和制导算法所绘制的轨迹,比较真实的反映了导弹和目标在空中飞行过程。这也可以为今后相关的被动雷达仿真软件的开发提供了经验。
[硕士论文] 李奥
控制工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国武器系统电子化率不断提高,国内研发和生产的导弹已经初步实现了模块化和部件化,因此在导弹内部存在较多的线束和部件,为了在导弹研制、生产、维修过程中对其电气性能参数进行检测和数据存储,并解决目前一些相对落后的研发生产工艺,本文设计了一款便携式导弹线束检测系统。该系统具有较好的兼容性和扩展性,能够针对多型系列化导弹电气参数进行检测,可适用于多型导弹系列化产品研发、生产检验和使用维修等多个环节。该系统能够有效解决导弹参数和性能指标可追溯以及数字化。该系统的设计与研发不仅为导弹研制单位提供了快速有效的检测手段,也为生产承制单位生产检测检验以及部队使用维修提供了快速有效的检测手段,具有非常重大的意义。
  本文首先简述了国内外对于线束和部件测试系统的研究应用成果。针对现有设备技术的不足和本项目的技术要求,本文提出了一种基于LabVIEW的便携式线束部件测试系统整体设计方案。该系统采用LabVIEW集成化软件开发测试系统的上位机软件,采用ARM内核嵌入式系统设计下位机。该系统上位机软件可以实现对下位机的实时控制,并实时传输采集的数据,被采集数据可以存储、查询和打印,同时还具备大型数据库远程定时对接接口。下位机系统由1块主控测量系统板和12块继电器接口板组成,可以同时实现最大384个测量点的电气参数测量。下位机主控测量系统板完成对12块继电器接口板的选择与控制,同时对被选通通道的信号进行放大、滤波和A/D采集,采集后的数据通过USB接口传输到上位机。本文详述了便携式线束部件测试系统的总体方案设计、测量原理、硬件系统设计和上下位机软件设计。
  论文重点研究了如何减小继电器矩阵漏电流对大电阻测量误差的影响,以及在交流源激励下提高小电阻测量精度的问题。针对大电阻测量,本文进行了误差计算,利用下位机程序分组控制继电器同时接入回路的个数来保证其设计精度。针对电路内部的直流误差和电子器件噪声干扰,分析出误差源机理,在硬件设计上采用电流倒向测试法来消除定向直流误差,同时提出利用Duffing振子检测的非线性检测方法对待测信号进行检测,通过改进恒流源硬件电路设计和上位机子程序,实现了对含有噪声的微弱信号进行检测和处理的功能。测试结果表明,文中所提出的电阻测量方案能够有效提高该多点数线束部件测试系统的测试精度,该测试系统的测量精度满足项目技术要求。
[博士论文] 夏雨龙
电磁场与微波技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:相控阵天线由于具有高增益辐射与无惯性波束扫描等优点,因此被广泛应用于雷达、通信以及成像等系统中。平面相控阵天线的波束扫描范围通常只有120°(-60°~+60°),共形相控阵可以突破平面相控阵的扫描范围限制。因此,共形相控阵得到越来越多的关注。
  导引头是引导导弹准确攻击目标的关键装备。目前导弹采用的微波、毫米波导引头主要采用机械控制扫描的平面天线,存在着扫描范围小、速度慢、精度与可靠性低等问题。若依据弹体的锥面与柱面结构构建共形天线,并通过相控波束扫描控制,则可实现全空域(即全立体角)扫描的共形相控阵,这不仅可以极大的扩展导弹的攻击范围,还可以使导弹具备一定的信息后传的能力。现有文献未见有利用柱面与锥面共形结构实现全立体角扫描阵列的报导。因此,研究弹载共形可全立体角扫描的相控阵具有很强的现实意义与理论价值。
  本文首先探讨了柱面与锥面阵列的辐射场求解问题与波束覆盖问题。在求解辐射场的问题中,根据柱面与锥面共形阵列中单元的指向与极化旋转关系,得到了柱面与锥面共形阵列的辐射场的求解方法。在波束覆盖问题中,提出了柱面与锥面阵列实现低仰角波束扫描的方法,并以此得到了弹载共形相控阵全立体角波束扫描的设计方案。
  其次,设计了锥面与柱面共形微带天线单元,并利用所设计的共形微带天线单元构成锥面与柱面共形微带天线阵列以分别实现弹体前向30°≤θ≤150°,60°≤ψ≤120°范围内以及侧向60°≤θ≤180°,60°≤ψ≤120°范围内的波束扫描覆盖。
  再次,基于PEC表面的磁流源辐射模式,设计了柱面共形微带八木天线并以此构成柱面共形后向阵列,实现了弹体后向0°≤θ≤30°,30°≤ψ≤150°范围内的波束扫描覆盖。同时,基于口径投影法对阵列单元馈电幅度进行优化,得到了较为理想的辐射方向图。
  最后,对共形阵列的馈电网络进行了设计,对前面设计的三个阵列进行了组合,并对阵列样品进行了加工与测试。实测结果显示阵列样品可以实现前向与侧向30°≤θ≤180°,60°≤ψ≤120°以及后向0°≤θ≤30°,30°≤ψ≤150°范围内的波束扫描覆盖,满足设计方案的要求。若将数个样品按圆柱与圆锥周向排布,并且引入周向馈电切换,则可以实现全方位扫描覆盖。
[硕士论文] 王迎
航空宇航制造工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:本文是在本课题组研究基础之上进行研究的,采用数值模拟仿真的方法研究四边形格壁剖面结构栅格翼其正置式、后掠式的气动性能及其对应的栅格翼导弹的气动特性研究。本文简述了栅格翼的的发展以及栅格翼导弹的发展,根据空气动力学基础、导弹的总体设计以及大量栅格翼及栅格翼导弹的国内外文献,完成模型的建立。通过solidworks三维建模、ICEM划分网格,采用FLUENT流体仿真软件对四种类型,12个模型,分别在α=4°,Ma=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0时的气动特性分析,共84组数据。完成不同模型在1.0≤Ma≤4.0下的升力系数、阻力系数和升阻比的数值计算。经数据处理与分析,得出以下结论:
  (1)超声速下,后掠式栅格翼的气动性能比正置式栅格翼更稳定。
  (2)投影面积相同情况下,后掠式栅格翼的升阻比明显大于正置式栅格翼,且后掠式的菱形格壁和四角格壁棚格翼升阻比均大于后掠式矩形格壁栅格翼。
  (3)选用后掠式投影尺寸与正置式尺寸大小相同,选用后掠式菱形格壁栅格翼和四角格壁栅格翼均能有效的增大升阻比,提高气动性能。我们还可以进一步研究相同表面积下,这六种模型的气动性能。
  (4)在超声速下(1.0≤Ma≤4.0),栅格翼导弹的升阻比随着马赫数变化而变化。
  (5)整体来说,针对三种正置式栅格翼导弹模型来说,模型DSJ和模型DLX的气动性能比模型DJX的气动性能要好,并且比较稳定。
  (6)数值模拟对比研究三种后掠式栅格翼导弹和三种四角形正置式栅格翼导弹,超声速下,在1.0≤Ma≤2.0之间后掠式栅格翼导弹相比于格壁剖面流线型栅格翼导弹改善了气流现象。在2.0≤Ma≤4.0之间,后掠式栅格翼导弹相比于格壁剖面流线型栅格翼导弹改善了气流现象,气动力性能更好。
[硕士论文] 李朋辉
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:弹道规划问题作为实际工程问题,既涉及到相关算法,又涉及到硬件实现。在算法方面,弹道飞行时,受到的外部影响较多,一般难以事先获得有效的全局信息,因此导弹必须在飞行过程中根据实时信息调整自己的弹道,这就要求弹道规划算法要有很快的计算速度和较高的计算精度。传统的直接法运算速度快但精度低,而间接法精度高但计算速度慢,为了适应要求,必须采用改进的高效算法。在硬件方面,DSP是常见的数字信号处理芯片,在数据运算方面有着巨大优势,而FPGA则用于逻辑及控制,DSP和FPGA的框架可以综合二者的优点,是硬件设计中有效的手段。针对计算时间要求较为严格的弹道规划问题,TMS320C6678由于其强大的计算能力有着一定的优势。
  根据实际项目需求,本文设计实现了弹道规划硬件平台,主要完成了以下工作:
  首先,讨论了弹道规划的基础理论。根据相关坐标系及导弹飞行过程的受力分析,建立了导弹飞行的数学模型,列出了详细的导弹力学方程;讨论了弹道规划问题的一般解法,指出了其与最优控制问题的转换过程;介绍了最优控制问题求解方法,包括直接法和间接法,并对课题采用的直接法中的高斯伪谱法作了详细论述和Matlab仿真,验证了算法的性能。
  接着,设计了基于TMS320C6678和V4-FPGA的硬件平台。根据项目要求,分析了DSP和FPGA芯片选型的原因,介绍了DSP部分和FPGA部分以及一些外围电路的设计思路,DSP作为实现课题算法的核心芯片,对其外围电路作了较为详细的介绍。
  最后,介绍了系统的测试过程。系统的测试包括基础硬件测试和软件测试两部分,软件测试作为课题项目的重点部分,主要也包含两部分:算法性能的 Matlab仿真测试和基于硬件系统的实际软件测试,包括上位机软件、算法程序和IPC多核软件,根据各部分的协同工作,得出了最终结论,验证了硬件系统的性能。
[硕士论文] 陈燕云
机械工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:振动试验是检验产品可靠性和动力学性能的有效手段,已经被广泛应用。单点激励振动试验是目前振动试验领域广泛采用的试验方式,但随着产品结构的复杂化和多样化,单点激励振动试验的弱点与不足越来越多地被人们所认识到。多点激励振动试验能够有效克服单点激励振动试验的推力不足、应力不均等问题,更加真实地模拟实际振动环境。然而,由于多点激励振动试验系统结构的复杂性,实际振动试验成本较高,且精确度难以保证。使用有限元仿真可以弥补这些缺陷,并且可以预测试验效果,有效指导实践。本文以某型号导弹为研究对象,基于一种闭环控制方法,利用有限元软件MSC.Patran/Nastran建立符合实际的导弹多点激励振动试验系统有限元分析模型,在试验实施之前即可预测试验效果。针对多点激励振动试验系统开展了如下研究:
  (1)有限元模型缩聚与模型修正技术的研究。阐述了模型缩聚的基本原理和常见的模型缩聚方法,介绍了基于灵敏度分析的模型修正技术的理论基础和实现步骤,验证了静态缩聚法和基于灵敏度分析的模型修正技术在MSC.Nastran中的可行性。
  (2)多点激励振动试验系统工作原理及闭环控制方法的研究。介绍了多点激励振动试验系统的基本组成和工作原理,基于一种闭环控制方法,设计了多点激励随机振动试验闭环控制方案,通过有限元仿真分析验证了该闭环控制效果。
  (3)利用有限元软件MSC.Patran/Nastran建立了导弹多点激励振动试验系统初始有限元模型,并进行了动力学分析。首先进行了模型简化和质量等效,然后建立了振动台空台、工装夹具、导弹弹体以及导弹多点激励振动试验系统的初始有限元模型,最后分别进行了动力学分析,获得初始有限元模型的动力学特性。
  (4)基于初始有限元模型,进行了有限元模型修正,并利用闭环控制方法对导弹多点激励振动试验系统进行了动力学性能验证。首先,在初始有限元模型的基础上,利用MSC.Nastran对振动台空台和导弹弹体分别进行了有限元模型修正,获得可靠的有限元模型。其次,对振动试验系统与导弹弹体进行了模型组装,形成导弹多点激励振动试验系统有限元模型。最后,对试验系统动力学性能进行了验证,包括模态分析、频率响应分析以及随机振动分析,建立了完整的导弹多点激励振动试验系统,为虚拟试验的开展和效果评估奠定基础。
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