艦載機自動著艦引導律濾波器設計方法研究.pdf

1、本文基于公開的F/A-18A艦載機數據，建立其縱向線性數學模型，并根據美國軍標提出的艦尾流模型進行仿真搭建。在所建立的艦載機數學模型基礎上，又逐步設計了自動駕駛儀、進場動力補償系統(tǒng)和縱向引導律，最終組成自動著艦系統(tǒng)。
　　自動駕駛儀的內環(huán)改變F/A-18A艦載機的固有頻率和阻尼比，使飛機滿足軍標中提出的長短周期的一級飛行品質，而后通過外環(huán)構成反饋回路，使俯仰角響應能夠按照俯仰角指令輸出，并保證其精準性和快速性。進場動力補償系統(tǒng)的提

2、出主要是為了解決由于艦載機著艦速度低而導致的航跡不穩(wěn)定現象，也就是說通過進場動力補償系統(tǒng)的引入保證速度或者迎角不變，進而使航跡角能夠良好的跟蹤俯仰角?？v向引導律的作用是將測量的飛機實際飛行高度和高度指令間的誤差信號轉換成給自動駕駛儀和進場動力補償系統(tǒng)的指令信號，而引導律主要由三部分組成，即αβ濾波器、PID控制器和低通濾波器，其中控制器為其核心，主要來計算指令信號，低通濾波器主要是用來過濾掉有用信號中的高頻干擾成分，而αβ濾波器主要是在

3、含有雷達噪聲的高度信號中估計出高度信號和高度導數信號，并將這些信號送給控制器。
　　本文主要對αβ濾波器從5個方面進行分析。
　　第一，介紹了該濾波器的基本原理，通過濾波器的傳遞函數對其穩(wěn)定性進行分析，得到穩(wěn)定的條件，分析了位置傳遞函數的帶寬頻率和參數的關系，得到其帶寬頻率和參數成正比關系，參數過大會導致噪聲過濾效果差，參數過小則會引起系統(tǒng)跟蹤控制信號弱、響應速度慢甚至出現不穩(wěn)定情況。
　　第二，通過仿真驗證了αβ濾波

4、器的作用，其主要作用是在含有雷達噪聲的信號中將有用的信號提取出來，并對其一節(jié)導數進行估計，獲得較好的導數信號，通過不同的參數對比仿真結果，發(fā)現參數如果選擇的過大，濾波器將失去其濾波和估計的作用。
　　第三，通過頻域來分析αβ濾波器對自動著艦的影響，分析自動著艦系統(tǒng)在加入αβ濾波器前后的Bode圖，可以得出加入濾波器后會導致帶寬頻率加大，但是可能會導致相角裕度變小的情況出現，經過不同參數的仿真驗證說明如果參數選擇的過小將會導致相角裕

5、度過小。
　　第四，通過對輸入信號的影響仿真結果分析，加入αβ濾波器后會導致自動著艦系統(tǒng)高度響應的超調量變大、調節(jié)時間加長，選擇的參數越小得到的響應曲線越差，相反選的參數越大，那么響應與未加入濾波器之前的響應越接近。而在俯仰角指令信號的仿真結果來看，參數越小，俯仰角指令越光滑，相反參數越大，俯仰角指令越振蕩，如果俯仰角指令振蕩的厲害就會是飛行員感到不適，使得飛行員失去著艦信心，導致事故的出現，所以參數不宜選擇過大。
　　第五

6、，通過對擾動信號的影響仿真結果分析，引入αβ濾波器會導致擾動響應的正負向最大變化加大，并且參數選取的越小，引起的變化越大。
　　文章通過對以上五個方面的分析可以看出，選擇適當的濾波器參數才會盡量權衡上述情況，αβ濾波器的綜合設計指標是將以上因素考慮后提出的。指標主要在穩(wěn)定條件、優(yōu)化選擇關系式、帶寬指標要求、相角裕度指標要求、相角滯后指標要求、艦尾流引起的最大變化等等方面的考慮下提出的。
　　文章最后采用共軛梯度法尋找αβ濾波