捷联导引头由于其结构简单、成本低、体积小等优点,日益成为研究的热点。由于捷联导引头直接与弹体固联,输出与弹体姿态耦合的体视线角,不能直接输出设计制导律所常用的视线角速度信息。本文以捷联制导弹药为对象,以数学平台代替物理平台,展开解耦算法推导、视线角速度信息的非线性滤波估计、旋转体制下视线角速度提取、末端落角和捷联导引头视场角约束的制导律设计、在航弹上的应用仿真等方面的研究。本文首先以捷联激光导引头为例阐释了捷联导引头的工作原理,介绍导引头信号输出特性,建立捷联导引头的数学模型以及制导弹药的运动学和动力学方程。推导了滚转稳定弹药的视线角和视线角速度的解耦算法,当采用捷联导引头的导弹打击地面固定目标时,在视线坐标系下建立非线性系统的状态和观测方程;当目标机动时,将其加速度信息视为噪声,对系统状态进行扩维以对制导信息进行精确估计。采用无迹卡尔曼滤波(UKF)和容积卡尔曼滤波(CKF)分别进行仿真分析,结果表明两种算法能够有效的提取制导信息,容积卡尔曼滤波的精度高于无迹卡尔曼滤波。针对采用捷联导引头的旋转弹的视线角速度提取,通过坐标转换推导出弹目视线角和弹目视线角速度的解耦算法。建立非线性滤波算法的状态方程和观测方程并对视线角速度进行提取和数值仿真。结果表明,两种滤波算法均能较好地估计出相关信息,CKF的精度高于UKF,同时采样时间和滤波时间也对估计效果有较大影响。采用伴随法对比例导引制导律进行分析;针对捷联导引头视场较小、在落角约束或目标较大机动时容易丢失跟踪目标的情况,建立逻辑切换制导律,与滑模制导律结合,实现多约束的制导律设计;考虑到末制导段时间较短,采用非奇异终端滑模控制算法设计了一种制导律,并与逻辑切换制导律结合并进行了仿真研究。以捷联制导航弹为对象,在Matlab仿真环境下,通过容积卡尔曼滤波估计的算法,采用设计的制导律打击地面固定和机动目标并进行仿真分析。结果表明,所设计的非线性视线角速度估计算法和制导律均能满足相关技术要求,可应用于工程实践。