图书名称：《捷联惯性天文组合导航技术》【作者】王新龙，杨洁，赵雨楠【页数】388【出版社】北京：北京航空航天大学出版社,2021.05【ISBN号】978-7-5124-3408-0【价格】160.00【分类】航空导航-天文导航【参考文献】王新龙，杨洁，赵雨楠.捷联惯性天文组合导航技术.北京：北京航空航天大学出版社,2021.05.图书封面：导航技术》内容提要：本书共16章，重点围绕捷联惯性天文组合导航系统如何实现高精度定姿、定位与组合方法等关键问题，从技术理论与实际应用的角度，全面、系统地阐述了捷联惯性天文组合导航技术在弹道导弹、巡航导弹、深空探测器、火星车等方面的设计理论与应用方法。《捷联惯性天文组合导航技术》内容试读第1章绪论导航系统的作用是为载体提供有时间参照的位置、速度和姿态信息，不仅是车辆、飞机、卫星、船舶等运动载体正常航行的重要保障，而且在大地测量、资源探测、地理信息系统等众多技术领域发挥着重要作用。构建全天候工作、全空域、隐蔽性好、导航精度高、数据更新率高的自主导航系统，对于国民经济发展和国防现代化建设，都具有非常重要的意义。惯性导航作为一种自主导航方式，具有抗干扰能力强、实时性好、不受地域限制等优点，因而具有广阔的应用空间，但由于其提供的位置、速度和姿态误差随时间不断积累，故难以作为独立的高精度导航系统。卫星导航作为现代无线电导航的主要方式，具有“三定一弱”的特征，即由特定信标以特定频率播发特定格式的导航电文，而导航信号极其微弱。该特征决定了卫星导航系统易受攻击和抗干扰性能较弱，单独使用时存在技术风险。天文导航具有误差不随时间积累、自主性和抗干扰能力强等优点，是飞机、卫星、导弹、远洋航海和深空探测等应用领域的重要导航手段；地基无线电导航系统的作用距离有限，存在服务盲区、远程导航精度较低、易遭受攻击等缺陷。其他导航方式如视觉导航、景象匹配导航、地形匹配导航等通常为有限应用环境下的辅助导航方式。现代信息化战场的空天导航战，使以卫星导航为主的各种无线电导航系统受到严重威胁。复杂的战场电磁环境要求导航系统具有较强的自主性和抗干扰能力。而惯性导航与天文导航具有完全自主、隐蔽性好、抗干扰能力强且互补性强的优势。因此，近年来惯性/天文(ISCS)组合导航受到广泛关注，并得到快速发展，具有很大的发展潜力和广阔的应用前景，已成为组合导航技术发展的重要方向。下面从天文导航技术特点、惯性/天文组合导航的优势、组合模式及信息融合方法等方面对惯性/天文组合导航技术展开介绍。1.1天文导航的概念、分类及特点1.1.1天文导航的概念天文导航是以太阳、月球、行星和恒星等自然天体作为导航信标，通过天体敏感器被动探测天体位置，以确定测量点位置、航向与姿态信息的技术与方法。天文导航始于航海，通过探测天体的可见光或射电信息，对天体视坐标的角位置进行跟踪、观察和测量，进而根据天体视位与时间的关系为舰船提供船位和航向信息。随着科学技术的发展，天文导航的应用逐渐从航海拓展到航空和航天等领域。在航空和航海中，天文导航所测定的天体位置不是由所观测天体在天球上的位置（用赤经和赤纬描述）来决定的，而是由这些天体在观测时刻所对应的天体投影点位置（用时角和赤纬描述）来决定的。在观测中，以天2捷联惯性/天文组合导航技术体为参考点，确定运载体在空中或海上的真航向。使天体跟踪器的望远镜自动对准天体方向，可测出运载体前进方向与天体方向（望远镜轴线方向）之间的夹角，即航向角。由于天体在任一瞬间相对于南北子午线之间的夹角（天体方位角）是已知的，因此从天体方位角中减去航向角就可得到运载体的真航向。同时，通过测量天体相对于运载体参考面的高度，就能确定运载体的位置。在航天领域，星敏感器作为目前天文导航最常用的姿态测量器件，以恒星作为姿态测量的观测目标，能够输出相对于惯性坐标系的三轴姿态信息，能够为载体的姿态控制系统提供高精度的姿态信息；如果辅以高精度的水平基准，还可为载体提供高精度的位置信息。按所观测天体数目的多少，天文导航分为单星导航、双星导航及三星导航。为了提高精度，实际上往往需要观测3个以上的天体。各天体之间的方位角差最好在60°~90°范围内（越接近90°越好)，高度（仰角）最好在15°一65°范围内。按星体的光谱范围分，天文导航可分为星光导航和射电天文导航。观测天体的可见光进行导航的即星光导航，而接收天体辐射的射电信号（不可见光）进行导航的即射电天文导航。前者可解决高精度昼夜全球自动化导航定位，后者可克服阴雨等不良天气影响，通过探测射电信号进行全天候天文定位。1.1.2天文导航系统分类根据测星定位、定向原理的不同，天文导航系统可分为以下三种类型：1.基于六分仪原理的天文导航系统第二次世界大战前，天文定位是主要的导航手段，许多舰船都配备了天文导航的各种仪表、天文钟和手持航海六分仪。通过测量某一时刻太阳或其他天体与海平线或地平线的夹角，便可迅速得到舰船或飞机所在位置的经、纬度。使用六分仪测量经、纬度的前提是当前时间已知。先用六分仪测量出某天体（一般用太阳）上中天时的地平高度，再查阅天文年历了解当天该天体的赤道坐标，就可以得出该地的纬度；而经度的测量，则可以通过比较太阳上中天时地方时（通过查阅天文年历得出）与出发地的时间之差得出。此外，六分仪也可在沿岸航行时通过观测两个地面物标之间水平夹角在海图上定位。六分仪最大的缺点是受天气的影响较大，不能在阴雨天使用。另外，在制造过程中会不可避免地引入机械误差，这也是限制六分仪精度的一个因素。2.基于“高度差法”的天文导航系统基于“高度差法”的天文导航系统最早用于水面舰船和水下潜艇，后来陆续用于飞机和导弹。从工作原理来看，其共同特点如下：①导航过程要依赖于惯导平台提供的水平基准。它同惯导相互依存，既要通过惯导获得运载体的初始位置、姿态，以便实施对星体的搜索、捕获和跟踪，又要利用自身解算出的运载体位置和航向信息，反过来校正惯导因长时间工作而导致的位置和航向误差：②系统光学分辨率高，抑制背景噪声能力强，因而导航精度高。3.基于星图识别的多星矢量定位天文导航系统基于多星矢量定位技术的天文导航系统的最大优点是可以不借助于任何先验信息而自主确定运载体相对于惯性空间的姿态。系统的工作过程主要由大视场成像、多星体目标同步提捷联惯性/天文组合导航技术可见光测星定位与射电测星定位相结合的方向发展，从传统的小视场测星定位向小视场测星定位与大视场测星定位相结合的方向发展，以提高天文导航系统的精度和数据输出率，实现天文导航系统的高精度、自主、全天候和多功能化，满足各种应用平台的需要。1.2惯性/天文组合导航的优越性与组合模式1.2.1惯性/天文组合导航的优越性惯性导航系统(INS)是一种完全自主的导航技术，具有短时精度高、输出连续、抗干扰能力强、导航信息完整等优点。但由于存在陀螺仪和加速度计等误差因素，其导航误差随时间积累，故难以长时间独立工作。虽然近年来惯性器件和系统技术得到了飞速发展，但在高精度、远程、长航时的导航应用中，惯导系统仍然需要误差不随时间增长的外部信息源来校正其误差。天文导航系统(CS)是利用对星体的观测，根据星体在天空中固有的运动规律来确定飞行载体在空间的运动参数，其突出优点是自主性强、隐蔽性好、精度高、无姿态累积误差等，但也存在输出信息不连续、易受气象条件影响、无法提供速度信息等缺陷。可见，惯性导航、天文导航各有优缺点，将两者结合起来进行组合导航，可以实现优势互补。惯性/天文组合导航以惯性导航为主体，利用天文导航系统的量测信息对惯导误差进行估计、校正，进而获得高精度的导航信息。概括起来，惯性/天文组合导航具有以下优势：(1)导航精度高由于天文导航系统姿态测量精度可以达到角秒级，因此惯性/天文组合导航系统理论上能够达到很高的导航精度，特别适用于远程、长航时的飞行器，如长航时无人机、空天往返飞行器、临近空间飞行器等。(2)使用范围广惯性/天文组合导航不受地域、空间和时域的限制，海、陆、空、天和水下航行运载体皆可使用，发展空间极其广泛，可实现全球、全天候的自主导航。(3)自主性强、隐蔽性好、可靠性高惯性/天文组合导航系统以恒星作为观测目标，根据恒星在天空中的固有运动规律来确定载体在空间的参数，通过与惯性导航信息结合，进而获得信息融合后的导航信息，是一种完全自主的导航方式：无需与外界通信，不向外辐射能量，隐蔽性高：恒星在空间的运动规律不受人为破坏，不怕外界电磁干扰，这也从根本上保证了系统的可靠性。对于远程、长航时的飞行器（如长航时无人机、远程轰炸机、高超声速飞行器、近地空间飞行器等)，利用星敏感器提供的高精度姿态信息对惯导系统进行校正，并对惯性器件的漂移进行补偿，从而可实现高精度导航。对于飞行器机动发射尤其是水下发射，惯性/天文组合导航系统具有其独特的优越性。在机动发射或水下发射时，由于作战条件的限制，初始定位瞄准难以精确，也难以确切知道发射点的位置，这些因素将给导航系统带来初始条件误差，如初始定位误差、初始调平误差、初始瞄准误差等。采用惯性/天文组合导航系统，可在发射前进行快速粗略对准与调平，在飞行中利用星敏感器进行修正，如再与发射时间联系起来，就能确定出发射点的经纬度。由于惯性/天第1章绪论文组合系统具有这种优点，特别适用于机动发射或水下发射的远程巡航或者弹道导弹。对于远程弹道导弹，惯性/天文组合导航系统不仅可以用于弹头分离后的中段导航，还可用于再人段的末制导来修正风的影响。惯性/天文组合导航系统也特别适用于跨海飞行的飞行器。对于跨海飞行的飞行器，海上往往缺乏特征明显的导航参照物，而天文导航系统是利用星体的天然辐射作为导航的信息源，因此特别适用于海上定位导航。可见，惯性/天文组合导航以其特有的优越性，越来越受到广泛重视，近年来得到了飞速发展，也已成为组合导航系统的重要组成部分。1.2.2惯性/天文组合导航模式目前，按照组合方式的不同，惯性/天文组合导航可以分为以下4种模式：简单组合模式、基于陀螺仪漂移校正的组合模式、深组合模式、基于全面最优校正的组合模式。1.惯性/天文简单组合模式在惯性/天文简单组合模式中，惯导系统独立工作，提供位置、速度、姿态等导航信息：基于星图匹配的星敏感器能够自主确定载体相对于惯性空间的姿态，并与惯导系统提供的基准信息相结合，可获得载体的位置、姿态信息。然后，利用天文导航系统输出的位置信息，直接对惯导系统输出的位置进行校正，从而可有效提高惯导系统的精度。其原理如图1.1所示。2.基于陀螺仪漂移校正的组合模式大视场星敏感器可以在不需要任何外部基准信息的前提下，输出高精度的惯性姿态信息。星敏感器利用惯导系统提供的辅助信息可以得到载体在地理系下的姿态信息，再与惯导系统输出的姿态信息相结合，利用最优估计算法估计并补偿惯导系统中陀螺仪漂移误差，从而能够有效地修正惯导系统的导航误差。基于陀螺仪漂移校正的组合模式由惯导系统、天文导航系统、信息融合模块构成，其原理如图1.2所示。惯导系统导航输出导航输出惯导系统校正位置信息融合基准信息信息天文导航姿态信息天文导航位置/姿态系统系统姿态误差、陀螺仪漂移图1.1简单组合模式原理图图1.2基于陀螺仪漂移校正的组合模式原理图惯导系统利用惯性器件的输入，解算出飞行器的位置、速度和姿态信息，并利用信息融合模块提供的平台失准角、陀螺仪漂移误差对惯导解算过程进行校正。>惯导系统为信息融合模块提供地理系姿态信息，向天文导航模块提供位置信息。>天文导航系统利用大视场星敏感器直接输出飞行器相对于惯性系的姿态信息，并在惯导系统提供的位置信息辅助下输出地理系姿态信息，向信息融合模块提供姿态信息。6捷联惯性/天文组合导航技术>信息融合模块采用卡尔曼(Kalma)滤波算法进行信息融合：首先利用天文导航系统和惯导系统提供的姿态信息求得平台失准角；然后以惯导系统误差方程为状态方程，将平台失准角作为观测量进行卡尔曼滤波，得到平台失准角和陀螺仪漂移误差的估计值，并用导航误差的估计值对惯导解算过程进行校正。3.深组合模式在深组合模式中，惯导系统与天文导航系统相互辅助进行导航。惯性导航系统在天文导航系统的辅助下，输出高精度的地平信息；天文导航系统在惯导系统提供的地平信息的辅助下，输出高精度的位置、姿态信息：再将惯导系统和天文导航系统的位置、姿态输出作为量测信息，利用卡尔曼滤波算法对位置误差、姿态误差进行估计、校正，以提高组合导航系统的精度。其原理如图1.3所示。惯导系统导航输出惯导系统：利用惯性器件的输出计算载体的位置、速度和姿态信息，但是纯惯导地平系统的导航误差随时间发散。因此，利用信息信息融合信息融合模块提供的估计结果对惯导解算天文导航位置、姿态系统过程进行修正，可以补偿陀螺仪漂移引起位置误差、姿态误差的导航误差，进而向天文导航系统提供高陀螺仪漂移精度的地平信息。同时，惯导系统为信息图1.3深组合模式原理图融合模块提供位置、姿态信息作为量测信息。天文导航系统：利用大视场星敏感器确定载体相对惯性空间的姿态信息，并在惯导提供的地平信息的辅助下，确定载体在天球上投影点的赤经、赤纬，进而得到载体的经、纬度坐标，完成天文定位。天文导航系统向信息融合模块输出位置信息和相对惯性空间的姿态信息信息融合模块：惯导系统和天文导航系统都可以输出载体的位置信息和姿态信息，将惯导系统和天文导航系统输出信息的差值作为卡尔曼滤波器的量测信息，可以对惯导系统的误差进行估计，进而利用估计结果对惯导系统的位置、姿态误差进行校正。4。基于全面最优校正的组合模式星光折射间接敏感地平方法是一种低成本、高精度的地平确定方法。该方法利用飞行器的轨道动力学模型、高精度的星敏感器和大气折射模型，精确敏感地平，进而可以实现高精度的定位。美国20世纪90年代投入使用的MADAN导航系统就利用了星光折射间接敏感地平原理。利用天文导航系统实现对惯导系统的全面最优校正必须解决高精度自主地平信息的获取问题，即天文导航系统定位时所依赖的地平信息不应来自惯导系统，且精度保持稳定，不随时间漂移。而基于星光折射间接敏感地平的解析天文定位方法，解决了天文导航系统高精度自主地平信息的获取问题。这样，天文导航系统就可利用高精度的地平信息确定载体的姿态、位置信息，进而与惯导系统解算出的姿态、位置信息进行信息融合，全面估计系统误差，不仅可以校正位置、姿态误差，补偿惯性器件误差，而且可以补偿初始对准等其他因素引起的误差。其原理如图1.4所示。···试读结束···...

2022-05-04 北京航天惯性公司 大学物理实验北京航空航天大学出版社

图书名称：《无人驾驶航空器系统工程专业系列教材无人机导航与控制》【作者】唐大全，鹿珂珂编【丛书名】无人驾驶航空器系统工程专业系列教材【页数】255【出版社】北京：北京航空航天大学出版社,2021.10【ISBN号】978-7-5124-3584-1【价格】56.00【参考文献】唐大全，鹿珂珂编.无人驾驶航空器系统工程专业系列教材无人机导航与控制.北京：北京航空航天大学出版社,2021.10.图书封面：导航与控制》内容提要：导航系统和飞行控制系统是无人机的重要组成部分，是决定无人机能否正常飞行并完成预定任务的关键设备，也是无人机区别于普通遥控飞行器的标志性装置。本书首先介绍飞行器导航和飞行控制的原理，然后讲述无人机导航系统、飞行控制与管理系统的功能、组成、工作过程及操作使用等。本书可作为高等院校无人驾驶航空器系统工程专业本科生的教材，也可作为无人机操控人员及有人机相关专业本科生、飞行员和技术保障人员的参考书。《无人驾驶航空器系统工程专业系列教材无人机导航与控制》内容试读第1章绪论“无人机”是无人驾驶飞行器的简称，其英文缩写为UAV(UmaedAerialVehicle)。和有人驾驶的飞机不同，无人机是一种由无线电遥控设备和（或）机上控制装置操纵的不载人航空器。无人机作为一种新型作战平台，已经在侦察监视、电子对抗、通信中继等任务领域发挥了重要作用，成为军队作战能力新的增长点。随着飞行器相关技术和人工智能的发展，新型无人飞行器、新的无人机作战使用方式不断涌现，对无人机的导航与飞行控制提出了更新、更高的要求。本章首先简要介绍无人机系统的分类、组成，然后讲述与无人机相关的导航技术和飞行控制技术的概念及发展。1.1无人机系统概述1.1.1无人机和无人机系统的概念无人机的定义有多种，但都强调机上无人驾驶、具备自主飞行能力和一定的载荷能力，而且无人机一般是可重复使用的。这些都是无人机有别于航模和导弹的显著特点。简要地说，无人机是一种机上无人操纵、能自主飞行、具有一定载荷能力、可反复使用的航空器。“无人机”一词主要指无人飞行器平台。无人机系统则是由无人机平台及任务载荷、数据链、发射与回收装置、控制站、保障与维护系统等组成的，能完成特定任务的一组装备。一套无人机系统可包含若干架无人机。无人机根据使用领域可分为军用、民用两大类。民用无人机是从事民用领域飞行活动的无机载驾驶员操纵的航空器，分为工业级和消费级两种。消费级无人机是针对个人或家庭使用的、可单人操控的微小型低成本无人机，一般具有拍摄功能，主要用于娱乐。工业级无人机则是针对企业、政府公共服务用的无人机，主要用于警务、消防、气象、农林植保、电力巡线、快递业务、摄影、广告等。民用无人机一般对于飞行器的飞行速度、高度和航程等要求较低，但对于无人机系统的综合成本及操作人员的培训有较高要求，因此需要形成成熟的产业链，提供尽可能低廉的零部件和技术支持服务。军用无人机是用于军事目的的无人机，是随着自动化、信息化等技术及无人机系统技术不断进步而发展起来的高性能信息化武器装备，对提高战场空间感知、高风险目标突防、通信导航支援、电子战、敌防空系统压制、固定和移动目标攻击、联合作战等能力起着重要作用，其在现代战争中的地位十分突出。随着高新技术在航空领域的广泛应用以及现代战争的需要，军用无人机的应用范围和作战性能将不断地提高和扩展。尽管从目前的实际情况来看，无人机不可能很快取代轰炸机、战斗机等有人驾驶飞机，但无人机与有人驾驶飞机的配合使用将进一步提高攻防能力和作战灵活性，使战争的形态发生变化。目前，世界各国军用无人机的发展很快，已部署服役、研制和试验了多种类型的军用无人机。据报道，早在2015年之前，全球军用无人机已发展到了近三百种型号，总数达3万架左右。有媒体预测，到2023年中国将生产42000架军用无人机，销售额将达100亿美元。·2·无人机导航与控制鉴于军用无人机技术水平高、飞行器平台种类多，本书主要讲述军用无人机导航和飞行控制的原理及相关设备的操作，其中的导航、飞行控制方法也应用于许多民用无人机上。1.1.2军用无人机的分类当前军用无人机的种类繁多，分类方法也比较多。现主要从以下三个方面对当前军用无人机进行归类。1.根据飞行器平台分类根据飞行器平台构型来分类，无人机主要有固定翼无人机和旋翼无人机两大平台，其他小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。旋翼无人机是指通过在空气中旋转螺旋桨产生足够的升力从而实现飞行的一类无人机，可分为常规的无人直升机和多旋翼无人机两种类型。常规的直升机通过改变桨距和桨盘的倾斜角来实现飞行控制，而多旋翼无人机则通过改变各旋翼的转速进行飞行控制。目前，军用无人机以固定翼无人机和无人直升机为主。固定翼无人机的最大特点是飞行速度快。而无人直升机是灵活性很强的无人机平台，可以原地垂直起降和悬停。2.根据续航时间或航程分类根据航程、活动半径、续航时间和飞行高度不同，军用无人机可分为长航时无人机（也称战略无人机，如美国的“捕食者”、以色列的“搜捕者”等)、中程无人机（如美国的50型低空无人机)、短程无人机（如以色列的“先锋”、美国与以色列联合研制的“猎犬”等）和近程无人机（如以色列的“微V型”无人机)。长航时无人机主要用于战区级使用，由联合部队指挥官通过卫星通信和中继来统一控制与指挥，对战场覆盖区域大，图像分辨率高，一般在固定基地起降。而短、近程无人机由基层部队指挥官实施控制与指挥，侧重战场特定区域，部署灵活，主要提供视频图像。长航时无人机可向空中、地面和海上武装力量提供几乎是实时的侦察图像和信号情报数据。与性能相当的有人机相比，长航时无人机的航程是有人机的若干倍，但花费相对较少。与中小型无人机相比，一架大型长航时无人机采集的信息相当于十余架较小的中等飞行高度的无人机系统的总和。3.根据军事用途分类根据军事用途分类，无人机可分为以下几类：①靶机。模拟无人机、导弹和其他各种飞行器的飞行状态。主要用于鉴定各种航（防）空兵器的性能和训练战斗机飞行员、防空兵器操作员。图1-1-1所示为某型舰载靶机。②侦察机。进行战略、战役和战术侦察，监视战场，为部队行动提供情报。侦察监视无人机是目前门类比较齐全，并在实战中大量应用的无人机，如美国的“全球鹰”无人侦察机、“暗星”隐身无人侦察机、“捕食者”无人侦察机、“骑士”无人侦察机等。③诱饵无人机。诱使敌雷达等电子侦察设备开机，获取有关信息；模拟显示假目标，引诱敌防空兵器射击，吸引敌火力，掩护己方机群突防。④电子对抗无人机。分为电子侦察和电子干扰无人机，前者用来收集敌方的通信情报及电子情报，例如瑞安公司的14？系列无人机；后者用来对敌方的通信系统进行电子干扰，如美国的air-Exjam无人机。⑤攻击无人机。又称无人战斗机，可攻击、拦截地面、水面和空中目标。攻击无人机携带第1章绪论·3·小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹，可对敌雷达、通信指挥设备、坦克等重要目标实施攻击和拦截处于助推段的战术导弹。目前无人攻击机大多是空对地（舰）型的。空对空无人攻击机还处于试验研究阶段。一般来说，攻击型无人机都具有一定的侦察能力，既能执行侦察、又能进行打击的无人机称为“察打一体无人机”。图1-1-2所示为著名的察打一体无人机一美国“捕食者”无人机。图1-1-1舰载靶机图1-1-2美国M-1“捕食者"(Predator)无人机提高制导精度和改进战斗部是无人战斗机武器系统发展的关键，小口径智能炸弹和低成本自主攻击系统将是无人战斗机目前最理想的武器。高功率微波和激光等能束武器因其致命性和精准性，将是未来无人战斗机最有效的武器。⑥通信中继无人机。利用无人机向其他军用机或陆、海军传送图像等信号，一般用安装了超高频和甚高频无线电通信设备的无人机进行中继通信。⑦其他用途的无人机。无人机还可以用于目标鉴别、激光照射、远程数据传递的空中中继站、反潜、炮火校正和远方高空大气的测量以及对化学、细菌污染和核辐射的侦察等。无人机的分类方法还有很多，例如，可根据无人机起降平台的不同将无人机分为舰载无人机、陆基无人机，还可分为固定翼无人机和旋翼无人机、无人直升机等。图1-1-3所示为美国X-47B试验型无人战斗航空器(UCAV)。图1-1-3X-47B舰载无人机图1-1-4所示为美国MQ-8A“火力侦察兵”无人直升机，图1-1-5所示为奥地利西贝尔(Schieel)公司研制的S-100型无人直升机。。4无人导航与控制图1-1-4美国MQ-8A“火力侦察兵”无人直升机图1-1-5S-100型无人直升机1.1.3无人机系统的一般组成目前的军用无人机一般都具有侦察、监视功能，因此无人机都配有侦察设备。完整的军用无人机系统一般由若干架无人机、指挥控制站（车）、链路地面站（车）、链路地面天线车、情报处理车、维修检测车、作战指挥与模拟训练车、无人机运输车、差分GPS地面站和地面工装设备等组成，分为飞行器分系统、任务设备分系统、测控与信息传输分系统、情报处理分系统、综合保障分系统等部分，对于具有攻击能力的无人机还有武器火控分系统。由于任务设备安装在飞行器（无人机）上，一些无人机的相关资料也把任务设备分系统作为飞行器分系统的一部分。不同型号的无人机各分系统的组成不尽相同。典型的军用无人机系统的组成如图1一1-6所示。典型无人机系统无人飞行器测控与信息情报处理综合保障传输分系统分系统分系统飞行器平台动力和燃油子系统飞行控制与管理子系统导航子系统电气子系统起落架子系统数据链控制站任务设备分系统情报收集与显示情报处理与分发综合检测设备模拟训练器运输设备通用保障设备图1-1-6典型无人机系统的组成飞行器分系统包括飞行器平台（机体）、动力装置（也称动力和燃油子系统）、电气子系统、导航子系统、飞行控制与任务管理子系统及起落架子系统、应急回收伞子系统。测控与信息传输分系统包括指挥控制站、视距数据链、卫星中继数据链。任务设备分系统包括合成孔经雷达、光电侦察设备/数码相机等。情报处理分系统包括情报接收与显示装置、情报处理与分发装置等设备。综合保障分系统包括检测维修设备、运输设备、通用保障设备（工具）及模拟训练器等。第1章绪论·5安装在无人机机体中、为使无人机能正常飞行并完成一定任务而配备的各类电子、电气设备统称为无人机的机载设备，主要包括飞行器分系统中的电气子系统、导航子系统、飞行控制与任务管理子系统等设备，以及任务设备、测控与信息传输分系统中的机载设备等。无人机电气子系统由主电源、备用电源、电源控制盒、电源插座和开关、航行灯、滤波电容等设备组成，主要功用是将发动机机械功率转换为电功率，并按预定控制要求向各机载系统设备安全供电。导航子系统的主要功用是测量无人机的位置、速度、姿态、航向、角速度等运动参数，为无人机的飞行控制及任务设备的工作提供必要的信息。导航子系统与飞行控制系统联系密切，前者是后者的一个重要传感器。当前无人机的导航设备以惯性导航系统和卫星导航系统及二者构成的组合导航系统为主。飞行控制与管理子系统由传感器、飞行控制与管理计算机、伺服作动控制设备三大部分以及嵌入其中的自检测模块组成。飞行控制与管理计算机是飞行控制与管理子系统的中枢，相当于人的大脑。伺服作动控制设备主要包括作动控制设备和舵机，其作用是使无人机操纵面(舵面、翼面、油门等)发生变化，以控制无人机的飞行状态，相当于人的手、脚。为提高系统的任务可靠性，这三大组成部分基本都采用了冗余技术，也就是采用了多余的部件或器件。传感器主要包括速率陀螺、垂直陀螺、磁力计、大气数据系统、组合导航系统、无线电高度表等，其作用相当于人的眼、耳等器官。这些传感器的作用如表1-1-1所列。表1-1-1主要传感器的作用序号传感器名称作用备注向飞行控制与管理子系统提供位置、速度、姿态导航系统独立子系统和航向等导航信息2速率陀螺测量飞行器转动角速度属飞控与管理子系统3垂直陀螺测量姿态角属飞控与管理子系统磁力计或磁传感器用于测量（计算）磁航向属飞控与管理子系统5大气数据系统测量空速、迎角、侧滑角属飞控与管理子系统6无线电高度表测量高度属飞控与管理子系统由于组合导航系统可以提供飞行控制所需的所有导航参数，一些无人机的飞行控制系统采用组合导航系统作为主要传感器部件，并将大气数据系统、无线电高度表、磁传感器等作为辅助传感器，而不再配置速率陀螺、垂直陀螺等传感器。1.2飞行控制技术及其发展1.2.1自动飞行控制与飞行自动控制系统自动飞行是在没有人参与的条件下由控制设备自动地控制飞行器（无人机、有人机、导弹等)按要求的状态飞行。实现飞行器自动飞行的装置称为飞行自动控制系统。飞行控制技术是在有人机的基础上发展起来的。随着无人机的出现，飞行控制技术在无人机上得到了广泛应用。·6·无人机导航与控制在飞机问世之初，就有了实现自动控制飞行的设想。1891年，海诺姆·马克西姆在设计和制造飞机时安装了用于改善飞机纵向稳定性的飞行控制系统。该系统中用陀螺仪提供反馈信号，用伺服作动器带动升降舵偏转。这个设计在基本概念和手段上与现代飞行自动控制系统十分相似，但由于飞机在试飞中失事而未能使该设计成为现实。20世纪初，有关空气动力学和飞行力学的理论还不成熟，自动控制理论也处于萌芽时期，加之飞机飞得较低、较慢、较近，人工驾驶基本上能胜任当时的飞行任务，采用自动飞行控制的必要性不是很大。随着飞行任务的不断复杂化，对飞机性能的要求也越来越高，不仅要求飞行距离远（运输机)、高度高（侦察机），而且要求飞机有良好的机动性（战斗机）。为减轻飞行员长时间飞行的疲劳，使飞行员集中精力战斗或执行其他任务，希望用自动控制系统代替驾驶员控制飞行。随着无人飞行器（无人机、导弹等）的出现和应用，自动飞行控制成为不可回避的问题。由于无人机上没有飞行员，人工控制无人机的飞行只能通过地面指控设备和链路设备进行，无人机飞行操作手（也就是无人机飞行员）对无人机飞行状态的掌握不够直观而且存在一定延时，这就使人工操作存在较大误差甚至会造成飞行事故，而且长时间工作会使飞行操作手产生疲劳。对于长时间飞行或需要精确控制飞行轨迹的情况，由人工控制无人机飞行显然是不可行的。因此，实现自动飞行对于无人机而言极为重要。飞行自动控制系统的出现极大地减轻了远程轰炸机、运输机飞行员的工作强度，也是无人机能远距离、长时间飞行的重要基础。自动飞行控制的基本原理是自动控制理论中的“反馈控制”原理。实现自动飞行必须通过自动控制系统形成回路，这些回路主要有舵回路、稳定回路和控制回路。不同回路具有不同的功能。舵回路由舵机、放大器和反馈元件组成，其作用是改善舵机的性能。舵回路加上敏感元件和放大计算装置组成了飞行自动控制系统的核心一自动驾驶仪(Autoilot)。自动驾驶仪可替代飞行员的眼睛、大脑和肢体。稳定回路是由自动驾驶仪与飞机组成的回路，主要功能是稳定飞机的姿态、航向，或者说稳定飞机的角运动。稳定回路加上测量飞机位置的部件（导航系统）以及飞机运动学环节（表征飞机空间位置的几何关系)又组成一个更大的新回路，称为控制回路①。控制回路可以完成飞机飞行轨迹的控制，实现诸如沿预定航线巡航、编队飞行、自动起飞和下滑着陆等。1.2.2飞机的增稳与飞行控制系统飞行自动控制最基本的任务是姿态、航向和高度的稳定与控制，这部分功能由自动驾驶仪实现。20世纪50年代以前，自动驾驶仪主要用于运输机和轰炸机。超声速飞机（主要是战斗机)问世后，其飞行速度、高度和过载等参数的变化范围（称为飞行包线）显著扩大，飞机自身的稳定性变差，仅靠飞行员操纵飞机较为困难。为解决这一问题，出现了由角速率陀螺、放大器和串联舵机组成的阻尼器，以增加飞机的稳定性。不过，阻尼器只是增大阻尼，改善了动稳定性。为增加静稳定性和改善操纵性，阻尼器发展成为增稳系统和控制增稳系统。阻尼器、增稳系统的工作方式与自动驾驶仪不同。前两者从飞机起飞后就开始工作，这时①导弹、运载火箭也有相同或类似的回路，一般称为制导回路。···试读结束···...

2022-05-04 无人驾驶航空器是无人机吗 民用无人机驾驶航空器

图书名称：《航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书图像匹配导航定位技术》【作者】田金文，田甜作；张天序总主编【丛书名】航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书【页数】187【出版社】武汉：华中科学技术大学出版社,2021.01【ISBN号】978-7-5680-6007-3【分类】卫星导航-全球定位系统【参考文献】田金文，田甜作；张天序总主编.航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书图像匹配导航定位技术.武汉：华中科学技术大学出版社,2021.01.图书封面：导航制导图像信息技术与系统研究丛书图像匹配导航定位技术》内容提要：全书共分为14章，内容涵盖了可见光图像匹配、红外图像匹配和SAR图像匹配定位技术。第1章是绪论部分，全面总结自主导航技术应用需求、研究现状与发展趋势；第2章到第7章是光学图像匹配定位部分，重点研究图像匹配概念、匹配算法、匹配置信度分析等内容；第8章到第14章是SAR图像匹配定位部分，重点研究了基于图像尺度不变（SIFT）特征的SAR图像匹配、基于梯度方向图（HOG）特征的图像匹配、基于快速傅里叶变换（FFT）的快速图像匹配、SAR图像匹配飞行器定位模型及其求解方法。《航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书图像匹配导航定位技术》内容试读第1章绪论卫星导航应用广泛，授时、定位精度都很高，但随着反卫星技术、电磁干扰技术的日益发展，卫星导航面临着前所未有的挑战，新型的、不依赖卫星的导航技术将成为未来的发展趋势。如美国国防部高级研究计划局(DefeeAdvacedReearchProjectAgecy,DARPA)在2013年提出的不依赖卫星的导航计划，澳大利亚在2013年提出的洛迦塔(Locata)系统等，都是基于此原因制定的，且目前已取得了初步进展。我国虽然已经初步建立了北斗卫星导航系统，但发展不依赖卫星的导航技术仍有重要的理论意义和现实价值。随着我国空间探索的不断深入，发展新的、高精度空间飞行器的自主导航定位技术具有十分重要的战略意义。1.1自主导航应用的需求分析1.高级自寻飞行器的自主导航应用的需求近年来，我国导弹技术水平不断提高，各种新型导弹不断出现。这也意味着对导航定位提出了更高要求。现代化的反导反卫星导弹要求导弹本身具有高度的自主导航定位能力，发展新的、高精度不依赖卫星的自主导航定位技术不仅具有十分重要的战略意义，也符合未来飞行器导航技术的发展方向。2.卫星自主导航方面的需求随着我国空间技术水平的提高，我国即将发射各种航天器。这就意味着对导航定位提出了更高要求，例如深空探测卫星就需要卫星有高度的自主导航定位能力；战时的侦察卫星（也包括无人机）也应具有自主导航定位功能。因此发展新的、高精度的卫星自主导航定位技术不仅具有十分重要的战略意义，也符合未来卫星导航技术的发展方向。3.卫星高精度定轨方面的需求为了满足日益增长的高定位精度目标图像的需求，也为了提高卫星本身的控制精度，发展高精度的卫星姿态测量技术和高精度的位置测量技术是非常必要的。如在深空探测卫星中，若卫星的指向精度低于0.01°，地面很可能就接收不到卫星发回来的无线电信息。因此提高卫星控制的精度是十分重要的。4.目标图像（影像）高精度定位的需求随着卫星影像的应用领域不断扩展和应用水平不断提高，我们对卫星影像的定位精度提出了越来越高的要求，例如在军事目标识别领域，要求目标图像的定位精度·2·图像匹配导航定位技术达到米的数量级；在土地利用变化监测领域，也要求目标图像的定位精度达到10m数量级；而在水坝监测应用中，更要求目标图像的定位精度达到厘米的数量级。因此，目标图像（影像）高精度定位要求卫星提供高精度的轨道信息。5.目前现有导航定位技术的限制传统的无线电定位方式，对近地卫星的定位精度尚不足百米，对高轨道卫星和深空探测卫星的定位精度将会更低。因此为了获取更高的卫星位置信息需要采用新的方法。1.2自主导航技术的概念以及国内外研究概况和发展趋势1.2.1空间飞行器自主导航技术1.位置测量空间飞行器在飞行过程中的自主位置测量是不可或缺的，位置测量的精度直接关系到飞行器最终能否到达目的地，或是到达地点与目的地的偏差大小。除了惯性导航系统之外，空间位置的测量需要寻找新的不依赖地面站或卫星的导航方式，实现自主定位。2.姿态测量随着国防科技和空间技术的发展，空间飞行器的应用已经越来越广泛，并成为未来飞行器发展的一种趋势。为了提高飞行器本身的控制精度，也为了满足日益增长的高定位精度目标图像的需求，发展高精度的飞行器自主姿态测量技术和高精度的位置测量技术是非常必要的。飞行器姿态的微小偏差可能引起空间位置上的巨大差异，而难以到达目标，因此提高姿态控制的精度是十分重要的。3.速度测量速度测量以空间定位和精确计时为基础，并与飞行器本身的控制、轨道确定等息息相关。惯性导航系统虽然能给出载体的瞬时速度，但需要新的速度测量方式来修正其随时间累积带来的漂移误差，故发展新的自主速度测量的导航技术尤其重要。4.时间测量时间的测量和时间基准的精确标定，在向外层空间发射飞行器时显得格外重要。在相对论效应的作用下，建立精确的时间与空间系统是精确自主导航的基础，精确的授时可以全方位地提高各种导航信息的精度，所以研究可以进行精确时间测量的导航技术显得很有必要」·4·图像匹配导航定位技术获取飞行器位置。地图匹配方法可有效修正惯性导航位置的累计误差，通过连续匹配也可以进行速度补偿和航向偏差补偿。匹配定位精度可以达到5~10m。6.地球物理场（重力和地磁）导航如果能够实时精确测量地球物理场的参数（如地磁、重力等），就可以与实现存储的地球物理场的参数基准图进行匹配，从而确定飞行器自身的位置信息，而且通过连续匹配也可以获取飞行器的速度信息。低空飞行器定位精度可以达到50m。上述导航方式中，只有地基无线电导航、卫星导航和X射线脉冲星导航可以提供时间基准，其他导航方式还需要另外的时钟基准。本项目中，由于我们研究不依赖卫星的空间飞行器自主导航技术，因此卫星导航技术不再论述。另外由于地球物理场导航精度较低、无线电导航也有电磁干扰等问题，因此下面重点阐述国内外在惯性导航、天文导航、地图匹配导航，以及组合导航技术方面的研究进展和发展趋势。1.2.3国内外在导航技术领域的研究现状与发展趋势1.惯性导航1)微机电系统惯性技术微机电系统(microelectromechaicalytem,MEMS)惯性传感器及惯性系统已成为未来导航技术中不可或缺的研究方向。MEMS惯性技术以其体积小、重量轻、功耗低、成本低，以及抗冲击等优点得到了广泛应用。美国国防部高级研究计划局自20世纪90年代起启动了一系列MEMS惯性技术的研究项目。受其资助，美国Draer实验室在该领域进行了大量研究工作，目前处于国际领先地位。表1-1所示的是21世纪以来MEMS-IMU研制进展。表1-1近年来MEMS-IMU研制进展年份2002200420042005200620122013型号HG1900HG1930SMU02MMQ50ADIS16350ADIS16480HG1930D研制机构HoeywellHoeywellBAEBEIADIADIHoeywell陀螺BI/(/h)164.15546.250.674仪BW/(h)0.060.090.50.34.20.30.046加速BI/mg0.30.30.530.70.10.003度计Bw/(m/(/))0.020.090.50.290.0290.041尺寸/cm2858212014712.228.9重量/kg0.50.160.210.2270.0160.048注：表中2013年的数据是2012年的预测值2)冷原子干涉陀螺仪自1910年航海上首次使用船载指北陀螺罗盘以来，陀螺仪已有100多年的发展第1章绪论·5·史，相继出现了多种不同结构的陀螺仪。陀螺仪从理论上可以划分为两大类：一是以经典力学为基础的陀螺仪，包括各类机械陀螺仪；二是以现代物理学为基础的陀螺仪，包括光学干涉陀螺仪。近20年来，随着原子光学实验技术的进步，特别是激光冷却和操控原子技术的发展，出现了一种新的物质波干涉陀螺仪一原子陀螺仪。美国国防部高级研究计划局(DARPA)下属的战略技术办公室(STO)于2006年开始了一项名为精确惯性导航系统(PINS)的项目研究计划，在这一计划的资助下，斯坦福大学等研究机构开展了原理验证实验，充分验证了原子陀螺、加速度计的灵敏度的优势。欧洲于2003年启动了“高精度冷原子空间干涉仪计划”(HYPER计划)和空间原子干涉计划(SAI),其中，HYPER计划于2020年左右将原子惯性器件发射到太空中。英国、荷兰、法国、德国、意大利等国家参与了这些项目的研究。在这些计划的支持下，各国积极开展了相关研究，并取得重要进展。几种典型陀螺仪主要性能如表1-2所示。表1-2典型陀螺仪主要性能陀螺仪类型零偏稳定性/（°/h)标度因子稳定性精度备注液浮陀螺仪3×10-32.5mile/d加静电监控技术体积庞大、静电陀螺仪1×10-2mile/15d造价昂贵激光陀螺仪3×1032×10-62mile/5d原子陀螺仪5×10-65×10-62mile/100d预期注：mile表示海里，1mile-=1852m:d表示天。2.天文导航按照观测星体数目多少，天文导航分为单星导航和多星导航等两种。单星导航也称为跟踪式导航，需要星跟踪器中有伺服转台保持对星体的跟踪；多星导航也称为星图匹配式导航，需要在星传感器视场中观测到三个以上的星体。各星体之间的方位角之差最好在60°~90范围（越接近90°越好），俯仰角之差最好在6°~15°范围，星图匹配式导航的精度要优于跟踪式导航。按照星体的峰值光谱和光谱范围划分，天文导航可分为星光导航和射电天文导航等两种。观测星体的可见光导航和红外导航叫星光导航，而接收天体辐射的射电信号进行导航的叫射电天文导航。1)星敏探测技术电荷耦合器件(CCD)是一种常用的探测器，它有许多排列整齐的光电二极管阵·6·图像匹配导航定位技术列，能感应光线，并将光信号转换成电信号，经采样放大及模/数(A/D)转换电路转换成数字图像信息。CCD主要包含感光二极管、移动信号积存器、并行信号寄存器、信号放大器、模/数转换器等。CCD电路较为复杂，成本也高。CCD主要应用于较高精度的天文观测、数码摄影等。动态像元传感器(APS)是一种新型光电探测器，也是光电二极管阵列，它采用CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺，因此具有CMOS器件的各项优点，特别是抗辐射水平，其集成度可大大提高，从而使接口简单、电源电压单一化，并能大大降低其体积、重量和功耗；APS每个像元区还包括独立的电子开关、放大器、采样/保持等电路，因此，放大器频带低、读出噪声低，转换的电压直接送给输出放大器，且不需要电荷转换，故不会有电荷损耗及图像模糊的问题，即具有固有的抗渐晕特性。目前APS主要应用于较低精度的星跟踪器、相机、摄像机等。雪崩光电二极管(APD)单光子探测器是基于硅材料的雪崩光电二极管(Si-APD)和基于钢镓砷材料的雪崩光电二极管(IGaA-APD)阵列的未来型探测器。光子是光信号的最小单位，APD单光子探测器可以对单个光子进行探测和计数，达到光学探测的极限水平。APD单光子探测器可使探测系统的灵敏度相对于传统光电探测器提高4至6个数量级，最大工作距离可相应提高2至3个数量级。APD单光子探测器的应用将大大提升天文观测、数码摄影的性能。2)X射线脉冲星导航技术脉冲星是大质量恒星演化、坍缩及超新星爆发的遗迹，是一种具有超高温、超高压、超高密度、超强磁场、超强电场和超强引力场等极端物理条件的天体，其典型半径约为10km,而其质量却与太阳的质量相当，核心密度达到102kg/cm3。脉冲星属于高速自转的中子星，其自转轴与磁极轴之间有一个夹角，两个磁极各有一个辐射波束。当星体自转且磁极波束扫过安装在载体上的探测器时，探测器将接收脉冲星在射电电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等电磁波频段产生的信号辐射。射线属于高能光子，集中了脉冲星绝大部分的辐射能量，特别是X射线脉冲星，易于对小型化设备进行探测与处理，适用于空间飞行器导航，但X射线脉冲星很难穿过地球的稠密大气层，不适用于大气层内的载体导航X射线脉冲星导航研究内容包括：X射线脉冲星的巡天观测与信号特征提取技术、脉冲到达时间测量与误差修正技术、X射线探测器研制技术、导航星表建立，以及自主导航信息处理等技术。3)导航星表及恒星视位置高精度归算技术导航星表及恒星视位置高精度归算主要的研究内容是对作为导航信标的天体辐射源和位置布局等进行统计分析，根据归算方法的要求来设计相应的导航星表，以便从影像上获取相应信息与之匹配，最终确定星象点与导航星之间的对应关系。它充分考虑天体之间的相互影响，以及地球自转和公转引起的观测偏差，修正恒星自行、···试读结束···...

2022-05-04 定位技术介绍 定位的技术

图书名称：《量子导航定位系统》【作者】丛爽，王海涛，陈鼎著【丛书名】十三五国家重点出版物出版规划项目【页数】313【出版社】合肥：中国科学技术大学出版社,2021.03【ISBN号】978-7-312-05153-1【价格】99.00【参考文献】丛爽，王海涛，陈鼎著.量子导航定位系统.合肥：中国科学技术大学出版社,2021.03.图书封面：导航定位系统》内容提要：本书是从实际应用角度来考虑基于卫星的量子导航定位系统中所涉及的有关量子卫星导航定位系统的设计、捕获瞄准与跟踪系统技术和粗精跟踪控制、纠缠光特性制备及其到达时间差的获取、量子信道大气扰动延时补偿方法，以及量子定位系统仿真平台设计等方面内容的一本著作.在量子卫星导航定位系统的设计方面等内容。《量子导航定位系统》内容试读第1章概论导航定位技术经历了从自然的天体导航、地磁场导航，到近现代的惯性导航、无线电导航（陆基、星基等）、声呐导航、光学（激光、红外等）导航等发展过程.随着科学技术的不断进步，导航定位技术在最近几十年得到了迅猛发展，以卫星导航、惯性导航、组合导航、地形辅助导航等为代表的各种导航系统，极大地提高了人类社会现代化民用和军用水平，其中基于卫星的导航定位技术，以天基人造卫星为基本平台，能够为全球海、陆、空、天各类军民用载体提供全天候、二十四小时连续不间断、高精度确定的三维位置、速度和时间信息.目前技术成熟的卫星导航定位系统有：(I)美国的全球定位系统(GloalPoitioigSytem,简称GPS)能为各种静止，或者移动的用户迅速提供精密的三维空间坐标、速度矢量、米量级的空间位置信息和10(1=10-9)量级的时间信息等多种服务(Kala,Hegarty,2005).(2)俄罗斯的全球轨道导航卫星系统一格洛纳斯(GloalOritNavigatioSatelliteSytem,简称GLONASS)系统可以达到10~15m位置精度，以及20~30定时精度.GLONASS系统在测量精度方面不及GPS系统，不过在抗干扰性方面优于GPS系统(Leicketal..,2015).001第1章概论···试读结束···...

2022-05-04

图书名称：《海鹰智库丛书导航制导与控制技术篇》【作者】陈少春编；谷满仓总主编【丛书名】海鹰智库丛书【页数】186【出版社】北京：北京理工大学出版社,2021.01【ISBN号】978-7-5682-8988-7【参考文献】陈少春编；谷满仓总主编.海鹰智库丛书导航制导与控制技术篇.北京：北京理工大学出版社,2021.01.图书封面：导航制导与控制技术篇》内容提要：本书是《海鹰智库丛书》导航制导与控制技术篇分册。导航制导与控制是以数学、力学、控制理论与工程、信息科学与技术系统科学、计算机技术、传感与测量技术、建模与仿真技术为基础的综合性应用技术学科。该学科研究航天、航空、航海等各类运动体的位置、方向、轨迹、姿态的检测、控制及其仿真，是国防武器系统重要核心技术之一。本分册择优选出导航制导与控制技术领域15篇具有代表性的优秀论文，以期提供导航制导与控制技术领域最新的研究成果。《海鹰智库丛书导航制导与控制技术篇》内容试读多导弹协同制导方法分类综述施广慧赵瑞星田加林席建祥本文综述了多导弹协同制导方法的研究现状，分析了各种协同制导方法间的本质区别。依据协调信息获取来源这一根本差异，将现有协同制导方法分类为独立式协同制导和综合式协同制导。对于综合式协同制导，依据协调信息的配置方式，进一步划分为集中式和分布式。结合典型研究成果，对不同类型协同制导方法进行了优缺点比较，分析了当前协同制导方法存在的问题，并指出了该领域未来可能的研究方向。X60子面m日引言协同控制起源于自然界中生物集群现象，如鸟类编队飞行以减少阻力，鱼类群聚以抵御天敌等。群体内的协调与合作将极大地提高个体行为的智能化程度，能够完成单个个体无法完成的任务，具有高效率、高容错性和内在的并行性等优点[山。协同的优越性使其成为当前控制领域的研究热点，多水下航行器、多无人机、卫星编队等都是对协同控制理论的典型应用[24。随着现代反导技术不断升级，导弹突防难度日益增大，类似CWS(Cloe-iWeaoSytem)的此类导弹防御系统以其全方位多层次情报搜集能力、战场拦截能力和主动干扰能力，致使单枚导弹在作战中面临巨大威胁[58)。将协同控制技术应用于导弹作战任务，使传统单一导弹作战变为相互之间具备协调合作的导弹群作战，可以提高导弹的突防能力、打击效能等。此外，多导弹协同作战还能实现战术隐身、增强电子对抗能力和对运动目标的识别搜捕能力等单枚导弹无法完成的任务[9。多导弹协同作战涉及的技术众多，协同制导技术作为其中的关键，直接决定了导弹的控制精度与协同效果2。如何设计协同制导律以应对复杂多变的实际作战环境，提高协同作战效果，是当前协同制导问题的一个关键点[3]文献[l4]中，Mclai等人首次提出了协调变量(CoordiatioVariale)的概念，利用协调变量概念而提出的协同控制方法，被认为是一种解决多主体协同控制问题的通用方法。在多无人机的协同控制中，利用基于协调变量的协同控制已经被证实发挥了重要作用1]。在文献[16]中，赵世钰和周锐将其应用到多导弹的协同制导中，提出了具有一定代表性的基于协调变量的多导弹协同制导方法。可见，协调变量在整个协同任务中发挥着关键作用，大量此类关于多导弹协同制导问题的文献中都可以看到协调变量的身影，尽管并非所有都被称作协调变量，但其在协同任务中发挥的作用与其基本相当。在此将其统一概括为协调信息，而导弹的速度、位置、视线角、前置角等状态002导航制导与控制技术篇量一致称为导弹的状态信息。文献[17]依据协同的约束条件，将协同制导律进行了分类。其中，基于弹着时间约束的协同制导律是将时间作为协调信息，而终端角度约束类型则是将角度作为协调信息。可见，不同协同制导律的区别之处在于对不同的协调信息进行约束。所以，依据约束条件作为分类的本质，是依据协调信息类型的分类。本文依据协调信息的获取来源与配置方式，尝试从更为深入、本质的角度对该领域的研究成果进行分类归纳，比较各自优缺点，并提出有待解决的问题。1独立式协同制导独立式协同制导最本质的特征是协调信息的确定仅仅依靠自身状态信息。导弹之间不存在任何通信，各自的状态信息不能为其他任何导弹所感知和利用，飞行中的每一枚导弹各自按照预先设定好的制导律独立飞行。协同作战效果能够实现，依靠的是各枚导弹的制导律协调信息中存在某一约束的预设相同期望值，在协调信息的调节下促使各枚参战导弹的相应状态信息共同趋向该期望值，最终实现状态一致。在2006年，Jeo等人以多反舰导弹齐射攻击为背景，提出了任意指定飞行时间的制导律(Imact-time-cotrolGuidace,ITCG)I8),，为多导弹协同制导律设计问题率先提出了尝试性的解决方法。经过近似和线性化简化后的TCG加速度控制指令表达式为aagaNVAKer(1)式中，6r=T。-T为剩余时间误差反馈，T。=T。-T为期望剩余飞行时间，T为当前时刻，T,为TCG的关键要素期望攻击时间，T为以比例导引估计出的实际剩余时间。被本文作为分类依据的协调信息是￡，而T和T是构成，的状态信息。协调信息仅仅依赖于一个共同并确知的T.和两个自身状态量，不涉及任何其他导弹状态信息。在协调信息的反馈控制下，每枚导弹的攻击时间各自独立地趋于T,时间协同的实现仅依靠所有T:的取值一致。多导弹协同制导方法分类综述003为了取得更好的作战效果，一般要求同时到达目标的导弹还能以不同的角度人射。为此，Jeo等人在2007年又提出了带有角度约束的攻击时间控制导引律(Imact--time-ad-agle-cotrolGuidace,ITACG)[],其时间协同方式与TCG基本类似。类似TCG的攻击时间可控导引律是解决多导弹协同制导问题理论研究领域较典型且有效的范例，诸多学者得以在其基础上展开更为深入的探索。但是，由于期望攻击时间有效范围如何确定、过度的线性化简化等问题，导致其实际应用尚存在困难。文献[23]提出了一种通过航路动态规划实现协同的制导方法，飞行全程规划的航路均为直线或圆弧，成为当前多导弹协同制导方法中较易于工程实现的一种。角度协同的实现根据第i枚导弹位置(x:,y:)和航向角α：两个状态信息，给定期望攻击角0，后可确定作为协调信息的轨迹圆弧半径R,而后依靠双圆弧原理得到导引其进入期望攻击角所需的控制指令[24]。时间协同的原理与TCG基本类似，都是通过各自状态量生成协调信息，独立地逼近一个预设期望攻击时间。与TCG不同的是具体控制导弹的机动方式，直线和圆弧状的规则航迹决定了基于双圆弧原理的协同制导，是目前时间和角度同时约束的协同制导律中最易于作战实现的。然而，由于时间与角度的协同分时进行，在一定程度上影响了协同的效果：而简单的加速度指令和规则的飞行航路都增加了导弹被拦截的概率。在大部分独立式协同制导方法中，还存在的一个普遍问题是协调信息依赖于一个需要提前确定好的期望值。诸多文献中都需要提前确定出期望攻击时间“或期望攻击角度g”。一方面，这样的确定不是必需的，时间协同只需满足同时到达即可：另一方面，可以保证协同制导律有效、突防打击效能最佳或能耗最省的期望值有效范围是未知的。摆脱确定期望值对多导弹协同制导作战应用的束缚，是独立式协同制导发展的必经之路。为了避免需要提前确定一个期望值的束缚，文献[27]提出了一种基于领弹被领弹策略的协同制导律。领弹采用经典比例导引，被领004导航制导与控制技术篇···试读结束···...

2022-04-28