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第1章 绪论 1

1．1 工程应用背景与意义 1

1．2 国内外研究动态及发展趋势 2

1．2．1 捷联式导引头与制导控制一体化技术研究状况 2

1．2．2 视线稳定平台及其控制技术研究状况 4

1．2．3 目标跟踪与视线角速率提取技术研究状况 7

1．2．4 国内外研究现状及发展趋势 8

1．3 本书的主要内容和特色 9

第2章 转动刚体运动学与动力学理论 11

2．1 刚体运动学 11

2．1．1 点的位置向量及其表示方法 12

2．1．2 方向余弦矩阵及其正交性 15

2．1．3 刚体的欧拉（Euler）角 18

2．1．4 哥氏（Coriolis）定理 20

2．2 四元数与刚体定位 22

2．2．1 四元数基本理论 23

2．2．2 四元数描述刚体定点转动 24

2．2．3 四元数微分方程及其数值求解 25

2．2．4 四元数与方向余弦、欧拉角的关系 29

2．3 刚体动力学 30

2．3．1 转动惯量 30

2．3．2 刚体动量矩与动量矩定理 32

2．3．3 欧拉动力学方程 33

2．4 本章小结 34

第3章 鲁棒控制理论 35

3．1 鲁棒控制数学基础 35

3．1．1 空间概念 35

3．1．2 矩阵的奇异值 36

3．1．3 向量和矩阵的范数 37

3．1．4 信号和系统的范数 38

3．1．5 H∞范数与Riccati方程 41

3．1．6 灵敏度函数和补灵敏度函数 42

3．1．7 控制系统的稳定性 44

3．1．8 李雅普诺夫方程 47

3．1．9 线性分式变换 48

3．2 鲁棒控制基本思想 51

3．3 不确定性的描述 52

3．3．1 非结构不确定性 52

3．3．2 结构不确定性 55

3．4 H∞控制理论 55

3．4．1 H∞标准控制问题 56

3．4．2 H∞标准控制包含的控制问题 57

3．4．3 不确定系统的鲁棒稳定性与鲁棒性能 63

3．5 本章小结 66

第4章 目标跟踪与滤波理论 67

4．1 卡尔曼滤波理论 67

4．1．1 卡尔曼滤波的基本思想 67

4．1．2 离散型卡尔曼滤波基本方程 68

4．1．3 卡尔曼滤波器运行机制 70

4．1．4 连续随机系统的离散化 73

4．2 目标机动模型 76

4．2．1 常速度模型 76

4．2．2 常加速度模型 77

4．2．3 相关噪声模型 78

4．3 常增益目标跟踪滤波器 80

4．3．1 α－β－γ滤波器 80

4．3．2 α－β滤波器 82

4．4 本章小结 83

第5章 导引头视线平台空域稳定技术 84

5．1 导引头概述 84

5．2 空域稳定原理 86

5．2．1 直接视线稳定 86

5．2．2 间接视线稳定 87

5．3 空域稳定方式 87

5．3．1 动力陀螺稳定 88

5．3．2 积分陀螺稳定 89

5．3．3 速率陀螺稳定 89

5．3．4 捷联稳定 91

5．4 速率陀螺稳定平台性能分析 91

5．4．1 稳定平台构成与原理 91

5．4．2 稳定回路控制系统分析 93

5．4．3 稳定平台性能评估 96

5．4．4 稳定平台系统设计原则 97

5．5 捷联稳定平台 100

5．5．1 捷联稳定平台概念 100

5．5．2 捷联稳定需要解决的问题 101

5．6 本章小结 102

第6章 捷联式天线平台系统动力学模型 103

6．1 平台系统结构与坐标系定义及变换 103

6．1．1 系统结构配置 103

6．1．2 坐标系定义与坐标变换 103

6．2 平台框架运动学关系 105

6．2．1 框架角速度 105

6．2．2 框架角加速度 106

6．3 平台框架动力学建模及其特性分析 108

6．3．1 内框动力学模型 108

6．3．2 外框动力学模型 109

6．3．3 动力学模型仿真分析 110

6．4 天线平台控制对象数学模型 112

6．5 本章小结 115

第7章 捷联式天线平台的稳定性能研究及其数字控制技术 116

7．1 捷联稳定原理 110

7．2 捷联式天线平台的稳定控制方案及稳定性能研究 118

7．2．1 天线平台的捷联稳定方案 118

7．2．2 捷联稳定性能仿真分析 120

7．3 捷联式天线平台的2种稳定实现方法 121

7．3．1 角速度补偿方法 122

7．3．2 角位置补偿方法 123

7．3．3 仿真结果与分析 126

7．4 捷联式天线平台数字稳定技术及仿真 132

7．4．1 天线捷联稳定的离散递推算法 132

7．4．2 数字仿真结果 134

7．5 本章小结 136

第8章 捷联式天线平台鲁棒两自由度H∞控制器设计 138

8．1 具有扰动补偿的鲁棒两自由度H∞控制器的提出 138

8．1．1 鲁棒两自由度H∞控制器结构 138

8．1．2 鲁棒两自由度H∞控制器性能 139

8．2 模型的不确定性分解及标准H∞控制问题的形成 140

8．2．1 模型的不确定性分解 140

8．2．2 化为标准H∞控制问题 141

8．2．3 广义受控对象的状态空间实现 144

8．3 捷联式天线稳定平台系统不确定性模型的建立 145

8．3．1 控制对象数学模型的不确定性分析 145

8．3．2 系统参数描述及稳定性判定 147

8．4 捷联式天线稳定平台具有扰动补偿的鲁棒两自由度H∞控制器设计 148

8．4．1 期望性能要求 148

8．4．2 权函数的选取 148

8．4．3 设计及仿真结果 149

8．5 本章小结 154

第9章 捷联式天线平台的角跟踪系统设计 155

9．1 角跟踪系统总体设计思想 155

9．2 角跟踪系统数学建模 156

9．3 机动目标跟踪及视线角速率的估计 159

9．3．1 单通道滤波模型 159

9．3．2 仿真结果与分析 160

9．4 双通道耦合目标跟踪滤波器设计 162

9．4．1 两通道耦合滤波模型建立 162

9．4．2 滤波参数的确定 164

9．5 目标跟踪滤波与捷联稳定控制系统闭环仿真 165

9．6 本章小结 169

第10章 MATLAB控制系统设计工具介绍 170

10．1 基于SIMULINK模型的图形用户接口工具 170

10．2 MATLAB工具箱 174

10．2．1 控制系统工具箱 174

10．2．2 鲁棒控制工具箱 178

10．3 基于MATLAB／dSPACE的半实物仿真工具 180

10．3．1 MATLAB／dSPACE半实物仿真思想 180

10．3．2 MATLAB／dSPACE集成仿真系统 182

10．3．3 利用dSPACE进行控制系统的开发 184

10．4 本章小结 186

第11章 捷联式稳定平台MATLAB数学建模与仿真 187

11．1 SIMULINK建模 187

11．1．1 稳定平台框架动力学SIMULINK建模 187

11．1．2 稳定平台控制系统匹配滤波模型 189

11．2 M语言建模仿真 190

11．2．1 鲁棒控制器设计仿真 190

11．2．2 跟踪滤波器设计仿真 202

11．3 SIMULINK与M语言混合建模仿真 209

11．3．1 速度与位置捷联稳定性能比较仿真 209

11．3．2 捷联稳定与跟踪滤波联合仿真 215

11．3．3 捷联稳定跟踪与制导控制一体化仿真 218

11．4 本章小结 223

第12章 捷联导引头技术研究进展及展望 224

12．1 概述 224

12．2 捷联稳定技术的应用 225

12．2．1 捷联稳定算法的实现 226

12．2．2 速率陀螺安装位置对捷联稳定算法的影响 230

12．3 全捷联式导引头制导技术 231

12．3．1 坐标系定义与坐标变换 232

12．3．2 捷联式干涉仪导引头系统组成 233

12．3．3 相位干涉仪导引头捷联解耦技术 234

12．3．4 天线罩引起的干涉仪测相误差及补偿措施 237

12．3．5 捷联解耦性能的误差分析 239

12．4 捷联式导引头在多模复合制导中的应用 240

12．4．1 多模复合寻的制导技术 240

12．4．2 捷联式导引头在双模复合寻的制导中的应用 242

12．5 导引头技术发展趋势 244

12．5．1 软件雷达导引头技术 244

12．5．2 智能导引头技术 245

12．6 本章小结 247

参考文献 249