基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法技术

本发明专利技术是关于一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，属于飞行器制导技术领域，该方法包括以下步骤：对飞行器相对目标运动的视线角速率进行测量，并对飞行器的偏航角以及偏航角速率进行测量；根据视线角速率构建视线角信号，并根据视线角信号以及偏航角构造方位误差信号以及前置角误差信号；根据方位误差信号构造限幅非线性信号，并根据限幅非线性信号以及前置角误差信号构建前置导引律；根据前置导引律构建姿态稳定的输出信号，并根据姿态稳定的输出信号得到飞行器的期望航向角，使得偏航角能够稳定的对期望航向角进行跟踪。该方法解决了导引律输出快速增大而导弹脱靶量过大的问题。

A method of pre guidance and attitude stability matching guidance based on nonlinear transformation

【技术实现步骤摘要】
基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法
本专利技术涉及飞行器制导
，具体而言，涉及一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法。
技术介绍
飞行器的精确制导算法有着较高的应用价值，可以应用于无人飞行器的自动着陆、无人飞行器的精确导航与路线规划、无人飞行器的精确制导打击等等、空天飞行器的交会对接等。因此多年以来一直是飞行器设计领域工程师们研究的热门问题。尤其是空天飞行器对接的高精度要求、以及武器系统的精确制导要求，导引与制导的精度高低直接关系着任务执行的成败。因此导引算法问题研究中，精度是核心。传统的比例导引面临的主要问题是初始段对目标运动不敏感，而末段又由于视线角速率变换过快而导致导引律输出过大，而使得导弹控制系统跟踪压力过大，从而出现较大的脱靶量。其它传统导引方法、如前置导引也不可避免地存在上述问题，也就是飞行器的控制分配在整个导引过程中分布不均匀，从而导致末段脱靶量过大。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的导引律输出快速增大而导弹脱靶量过大的问题。本专利技术提供了一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，包括以下步骤：对飞行器相对目标运动的视线角速率进行测量，并对所述飞行器的偏航角以及偏航角速率进行测量；根据所述视线角速率构建视线角信号，并根据所述视线角信号以及所述偏航角构造方位误差信号以及前置角误差信号；根据所述方位误差信号构造限幅非线性信号，并根据所述限幅非线性信号以及所述前置角误差信号构建前置导引律；根据所述前置导引律构建姿态稳定的输出信号，并根据姿态稳定的输出信号得到所述飞行器的期望航向角，使得所述偏航角能够稳定的对所述期望航向角进行跟踪。在本专利技术的一个示例实施例中，根据所述视线角速率构建视线角信号包括：其中，u1为视线角信号，为视线角速率，∫dt表示积分符号。在本专利技术的一个示例实施例中，根据所述视线角信号以及所述偏航角构造方位误差信号以及前置角误差信号包括：e1＝u1-ψc；e2＝u1-ψc0；其中，e1为方位误差信号；u1为视线角信号；ψc飞行器的偏航角；e2为前置角误差信号；ψc0为飞行器飞行至t0时刻的偏航角。在本专利技术的一个示例实施例中，根据所述方位误差信号构造限幅非线性信号包括：其中，u2为限幅非线性信号；f1为非线性变换，k1、k2、ε1以及ε2为常参数；并且，|u2|＜|k1|+|k2|。在本专利技术的一个示例实施例中，根据所述限幅非线性信号以及所述前置角误差信号构建前置导引律包括：ua＝k3e2+u2；其中，ua为前置导引律；k3为常参数。在本专利技术的一个示例实施例中，根据所述前置导引律构建姿态稳定的输出信号包括：u＝k4∫u3dt；其中，u姿态稳定的输出信号；k4为常参数；∫dt为积分符号；u3为对所述前置导引律ua进行处理后的导引律。本专利技术提供的一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，使得导引律初始段就具有较大的输出信号，而末端的输出信号并没有显著增大。因此，其解决了很多导引律在初始段对目标运动不敏感，而末段又由于离目标太近视线角极速增大而导致导引律输出快速增大而导弹脱靶量过大的问题。同时，该类非线性导引律具有输出比较均衡，而且来回波动实现对目标的高精度打击。因此，本专利技术提出的非线性转换的前置导引方法具有方法新颖，而且精度高的优点，具有很高的工程应用价值。同时也可以应用于无人飞行器如无人机的导航中，具有较高的经济价值。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法的流程图。图2是本专利技术实施例所提供方法的飞行器与目标在航向平面相对运动曲线(单位：米)。图3是本专利技术实施例所提供方法的脱靶量曲线(单位：米)。图4是本专利技术实施例所提供方法的脱靶量放大曲线(单位：米)。图5是本专利技术实施例所提供方法的实际偏航角与期望偏航角的对比曲线(单位度)。图6是本专利技术实施例所提供方法的新型前置导引律的输出(单位：度/每秒)。图7是本专利技术实施例所提供方法的前置角(单位：度)。图8是本专利技术实施例所提供方法的非线性导引信号(单位：度/秒)。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本专利技术的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本专利技术的各方面变得模糊。本专利技术公开了一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，可以根据飞行器导引头测量得到的视线角速率，根据惯性导航组合器件或陀螺仪测量飞行器的偏航角，然后根据视线角与偏航角的误差，进行非线性变换，给出一类非线性导引信号，并叠加姿态角与前置角的误差信号，最后进行积分，并送给姿态稳定回路作为驱动信号，驱动飞行器对目标进行高精度的打击。以下，结合具体的实施例对本专利技术涉及的一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法进行详细的解释以及说明。参考图1所示，该基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法可以包括以下步骤：步骤S10，对飞行器相对目标运动的视线角速率进行测量，并对所述飞行器的偏航角以及偏航角速率进行测量。首先，采用导引头测量飞行器相对目标运动的视线角速率，记作其数学上表示视线角qε的导数，其中qε的定义为：Δx＝xT-xΔy＝yT-y；Δz＝zT-z其中，x、y、z为飞行器在空间三维坐标系上的位置坐标；xT、yT、zT为目标在三维坐标系上的位置坐标。其次，采用惯性导航组合测量飞行器的姿态角信号，下面以航向通道与航向平面导引为研究对象。假设采用惯性导航组合元器件测量得到飞行器航向通道的偏航角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对飞行器相对目标运动的视线角速率进行测量，并对所述飞行器的偏航角以及偏航角速率进行测量；/n根据所述视线角速率构建视线角信号，并根据所述视线角信号以及所述偏航角构造方位误差信号以及前置角误差信号；/n根据所述方位误差信号构造限幅非线性信号，并根据所述限幅非线性信号以及所述前置角误差信号构建前置导引律；/n根据所述前置导引律构建姿态稳定的输出信号，并根据姿态稳定的输出信号得到所述飞行器的期望航向角，使得所述偏航角能够稳定的对所述期望航向角进行跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对飞行器相对目标运动的视线角速率进行测量，并对所述飞行器的偏航角以及偏航角速率进行测量；
根据所述视线角速率构建视线角信号，并根据所述视线角信号以及所述偏航角构造方位误差信号以及前置角误差信号；
根据所述方位误差信号构造限幅非线性信号，并根据所述限幅非线性信号以及所述前置角误差信号构建前置导引律；
根据所述前置导引律构建姿态稳定的输出信号，并根据姿态稳定的输出信号得到所述飞行器的期望航向角，使得所述偏航角能够稳定的对所述期望航向角进行跟踪。


2.根据权利要求1所述的基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，其特征在于，根据所述视线角速率构建视线角信号包括：

其中，u1为视线角信号，为视线角速率，∫dt表示积分符号。


3.根据权利要求2所述的基于非线性转换的前置导引与姿态稳定匹配制导的方法，其特征在于，根据所述视线角信号以及所述偏航角构造方位误差信号以及前置角误差信号包括：
e1＝u1-ψc；

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，雷军委，肖支才，晋玉强，王瑞奇，陈育良，马培蓓，李静，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：山东;37