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航空母舰已有80多年的发展历史,特别是在近年来的几次现代化局部战争中,航空母舰及舰载飞机成为取得战争胜利的关键手段。舰载机作为航母的主要攻击力量,在其飞行的各个阶段中,安全着舰是最困难的任务之一。舰载机的着舰环境十分恶劣。有限的着陆空间,舰体的运动,舰尾气流的扰动,飞机模型不确定性等等因素都不利于飞机的安全着舰。为了加强舰载机着舰的安全性,减轻飞机驾驶员的负担,舰载机自动着舰系统(ACLS)便应运而生。ACLS的目的是帮助飞行员驾驶飞机在较恶劣的条件下着舰。因此,ACLS系统的抗扰动性能及鲁棒稳定性就显得尤为重要。而目前应用于ACLS系统的设计方法对于较强扰动的环境下效果都不是特别理想,为了达到理想的着舰效果,就要求ACLS系统的设计方法具有上述优良性能。本文采用的设计方法为LQG/LTR方法。LQG方法,即线性二次型高斯方法,是用来处理有随机噪声干扰或模型状态无法直接测量的情况下的状态反馈最优化设计方法。其本质是附带卡尔曼滤波器的最优二次型控制器。为了加强其鲁棒性,Doyle和Stein提出了一种线性多变量控制设计方法,称为线性二次高斯恢复(LQG/LTR)方法。该方法的实质是先设定一满足频域各性能指标及鲁棒性要求的目标回路,随后设计一个基于模型的补偿器,在输入端或输出端恢复目标回路的各项特性。本文的主要工作是将LQG/LTR方法应用到舰载飞机的自动着舰系统中。为此,本文首先概述了航空母舰和舰载机的发展历史,舰载机的起飞和着陆以及ACLS系统的设计方法,随后依次讨论了舰载机的着舰环境,即航母的运动和舰尾流的模型、舰载飞机的动力学模型以及LQG/LTR方法的发展历史及设计方法。最后设计了基于LQG/LTR方法的ACLS系统并进行仿真验证。仿真结果表明,运用LQG/LTR方法设计的自动着舰系统鲁棒性能优良,在多重扰动存在的着舰环境中可以引导舰载机准确着舰,且着舰误差很小。为了进一步测试系统鲁棒性能,本文进行了10组不同扰动形式下的着舰仿真,并进行了误差统计,结果同样良好。为了将着舰效果可视化,本文最后运用了Matlab中的虚拟现实技术将仿真结果数据导入建立好的虚拟世界中,并通过虚拟动画的形式将整个着舰过程表现出来,从而得到了感性而直观的展示效果。