单星对卫星仅测角被动跟踪的三维可观测性研究

单个卫星观测器对卫星的仅测角被动跟踪技术在空间目标监视中具有重要价值。研究了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪中的重要理论问题——系统可观测性问题。在三维情况下基于角度测量信息建立了目标加速度由其位置、速度确定的运动模型,推导了该模型的系统可观测充要条件,最后严格证明了三维情况下单星对卫星的仅测角被动跟踪系统满足上述可观测充要条件。
     

基于极大似然的单传感器误差配准算法

对单传感器系统误差配准问题进行了研究,首先理论分析了传感器量测系统误差对固定目标探测定位的影响,给出了传感器运动将造成固定目标产生虚像做类似运动的结论;在此基础上,提出了一种基于极大似然的单传感器误差配准算法,该算法基于极大似然准则,利用运动传感器对固定目标虚像位置的多时刻跟踪滤波信息,构建对传感器量测系统误差的极大似然估计,并通过进一步迭代估计获得系统误差最终估计结果,从而能够利用位置未知的固定目标实现运动平台单传感器量测系统误差的精确配准。     

动力学补偿受控卫星轨道确定算法(英文)

受控卫星动力学模型中推力加速度的量级远远高于其他摄动的误差量级,观测量主要反映受控卫星动力学模型的误差。本文以跟踪和精确定位空间机动目标为目的,给出基于地面雷达观测,实时估计推力加速度,修正卫星动力学模型的轨道确定算法。通过建立连续推力控制过程变质量动力学模型,给出常推力变加速度满足的运动学微分方程; 建立变加速度估计系统状态方程,和扩展卡尔曼滤波轨道确定算法; 并给出连续推力控制卫星运动状态关于推力加速度的变分运动方程; 实际飞行控制应用表明: 利用地面测量数据,实时估计推力加速度并补偿系统动力学模型,解决了连续受控卫星轨道精确确定问题。     

一种对抗环境下反辐射导弹瞄准点估计方法

针对传统反辐射导弹（anti\|radiation missiles, ARM）无法有效对抗有源诱偏干扰与雷 达辐射信号控制的问题,提出了一种对抗环境下反辐射导弹瞄准点估计方法：通过构造空间 谱测角与单脉冲测角复合测角系统,测量信号波达角,使ARM具备诱偏条件下的弹目信息测 量能力;利用高精度的捷联惯导系统（strapdown inertial navigation system,SINS）实 时获取ARM自身位置信息,通过量测转换、异常值剔出、目标位置估计等数据处理过程获取 目标精确位置,修正瞄准点,剔除了量测粗大误差,抑制了量测随意误差。通过本文介绍的 反辐射导弹瞄准点估计方法,ARM可在对抗的环境下获取准确的瞄准点,使ARM有效对抗有源 诱偏干扰与雷达辐射信号控制成为可能。仿真实验验证了方法的可行性和其对抗能力。
     

基于自适应滤波的光谱畸变误差抑制方法

为降低天文光谱畸变误差对多普勒测速导航精度的影响,设计结合非线性Sage-Husa噪声估计器及抗差扩展卡尔曼滤波器(Robust Extend Kalman Filter,REKF)的自适应滤波算法。当系统模型可靠时,抗差滤波能够通过预测残差判断异常量测并降低其权重;当系统模型噪声先验信息不准确时,通过Sage-Husa噪声估计器估计系统噪声协方差阵Q阵,以保证抗差滤波的效果。此外,结合多普勒测速导航及X射线脉冲星导航进行组合导航,以提高位置估计精度。仿真结果表明,该算法能够在系统模型噪声先验信息不准确的情况下有效控制光谱畸变造成的量测误差对导航精度的影响。     

一种面向临近空间高超声速再入滑翔目标跟踪算法

针对临近空间高超声速再入滑翔目标的跟踪问题，提出了一种基于回顾成本输入估计的无偏转换量测卡尔曼滤波(Retrospective cost input estimation-unbiased converted measurements Kalman filter, RCIE-UCMKF)。首先，根据再入滑翔目标的飞行特性，将加速度看成是未知的确定输入构建运动学跟踪模型；然后，对目标的非线性量测信息进行无偏转换，并将得到的噪声协方差矩阵进行解耦，降低算法的复杂度；最后，利用回顾成本的输入估计对未知加速度进行重构，采用递推最小二乘法更新输入估计器的参数矩阵，同时将估计的加速度引入到卡尔曼滤波框架下，实现对高超声速再入滑翔目标状态的准确估计。仿真结果表明了该算法的有效性和可行性。     

多姿态敏感器测量的信息融合定姿方法研究

基于最优融合估计理论,给出并证明了多敏感器组合姿态确定系统状态最优融合估计形式。设计了基于信息分配的多信息融合联合滤波器结构和算法,分析估计性能,讨论了决定联合滤波器融合的性能信息分配因子选择方法,提出了一种基于协方差阵特征值平方分解的动态自适应信息分配因子确定方法。以某卫星多姿态敏感器组合测量为例,推导了卫星姿态确定的误差状态方程和各子系统的量测方程及观测阵。仿真结果表明：采用联合滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合能改善定姿精度,有效抑制滤波发散,并提高整个系统的运算与收敛速度。     

单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪的可观测性研究

单个卫星观测器对卫星的仅测角被动跟踪技术在空间目标监视中具有重要价值,研究了其中的重要理论问题——系统可观测性问题。以直角坐标系为基础,建立了二维修正极坐标系下的状态方程和观测方程。推导了对任意加速度受位置、速度约束的运动的系统可观测充要条件,并据此充要条件,严格证明了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪系统满足该可观测条件,最后通过STK6.0产生的数据验证了结论的正确性,该结论可推广到对卫星目标的三维被动跟踪中。     

一种机动目标无源定位的新方法

目前对仅用测角信息的单站无源定位问题的研究,主要是基于固定辐射源目标以及匀速直线运动的辐射源目标,而在实际应用中目标常常是机动的.由此,提出了一种可调白噪声UKF方法.该方法在机动目标跟踪中使用可调白噪声模型方法,它不需要假定目标的机动加速度模型,而是通过检测跟踪滤波器归一化新息平方来调整过程噪声,从而实时地修正估计结果.同时算法对量测模型非线性问题采用UKF予以解决,不仅能克服EKF中引入的较大线性化误差对机动目标跟踪算法性能的影响,而且算法实现简单.最后将该算法与三种机动目标被跟踪算法相比较,仿真结果验证了提出算法的优越性.     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

基于自适应IMM算法的蛇形机动目标加速度估计研究

针对防空导弹拦截高速蛇形机动反舰导弹的难题,基于导引头测量的视线角速度、弹目相对速度等信息,开展了蛇形机动目标加速度估计算法的研究,最终建立了基于交互多模型的扩展卡尔曼滤波算法,实现了对蛇形机动目标的加速度估计。考虑传统加速度方差计算方法受限于先验值的缺陷,根据残差对加速度方差的计算方法进行了改进。数字仿真证明:提出的自适应交互多模型算法能有效提高蛇形机动目标加速度的估计精度。     

一种拦截机动目标的多导弹协同制导律

针对多导弹协同拦截一个机动目标问题,基于有限时间一致性理论提出了一种带有攻击角约束的多导弹协同制导律。首先建立了带有攻击角约束的多导弹协同制导模型。其次,把协同制导律的设计过程分离为两个部分：一是基于有限时间一致性,同时结合积分滑模和自适应控制设计沿着视线方向上的加速度指令,保证所有的导弹能够在有限时间内同时拦截机动目标;二是利用非齐次干扰观测器并运用滑模控制设计视线法向上的加速度指令来保证每枚导弹与目标间的视线角速率收敛到零和视线角收敛到期望的视线角。最后,对三枚导弹同时打击同一机动目标的情况进行仿真,仿真结果表明该设计的带有攻击角约束的协同制导律的有效性和正确性。     

非线性比例导引系统研究

研究了非线性比例导引系统的性能。利用一种单输入双输出二阶非线性状态估计器估计弹目视线角速度和角加速度，状态估计器的输入直接采用来自导引头的信息，其输出量可以给出弹目视线角速度和角加速度的估计值，将此估计量作为补偿信号引入到比例导引系统中，形成了非线性比例导引系统。仿真研究表明，这种非线性比例导引具有良好的制导特性。     

基于扩展卡尔曼滤波的机动目标跟踪研究

针对雷达导引头跟踪机动目标问题,建立了一种适于高机动目标探测的非线性系统模型,采用扩展卡尔曼滤波算法推导适用于弹载脉冲多普勒雷达机动目标探测的滤波模型,用以估计俯仰失调角、方位失调角、弹目相对速度和距离等信息,利用系统数学模型对目标加速度及弹目视线角速率进行解算估计。对标称弹道和极限弹道的跟踪仿真表明,所建立的系统模型和滤波设计方案,能够处理真实飞行中存在的部分信息缺失问题,对于极端情况下的遮挡问题也能在一定时间内保证较高的跟踪精度。     

临近空间高超声速滑翔弹双通道跟踪算法

为了提高临近空间高超声速滑翔目标的跟踪精度，提出了一种双通道并行跟踪算法。首先对比分析了目标的弹道轨迹，目标角度域参数相比位置域参数存在更显著的变化规律，为了在雷达测量直角坐标系下跟踪，采用倾角和方位角代替航迹倾角和航向角，将倾角变化率和方位角变化率描述成零均值正弦自相关随机过程，分别建立了纵向通道和横向通道的角度域模型。然后将目标轨迹分解到纵向观测平面和横向观测平面，通过量测数据预处理、双通道并行滤波、输出状态合并，实现目标的三维跟踪。最后通过仿真实验设置了算法中两个通道的机动模型的参数，分析了过程噪声对跟踪精度的影响，仿真结果表明，与现有的临近空间高超声速目标跟踪算法相比，该算法具有较高的跟踪精度。     

三维非线性变结构寻的制导律

建立了球坐标系内的三维导弹与目标相对运动模型，基于零化导弹与目标的视线角速度设计了非线性三维变结构鲁棒末制导律。该制导律考虑了更一般的拦截情况，不依赖于碰撞线附近线性化的假设，克服了剩余时间的估计误差对制导精度的不利影响。仿真结果表明，该制导律对于目标做复杂的大机动逃逸运动，仍然能够取得较好的脱靶量。     

拦截机动目标的变论域模糊末制导律设计

为提高拦截大机动目标的制导性能,应用变论域模糊理论,设计了一种模糊自适应的末制导律。将目标的机动加速度视为外界干扰,根据李亚普诺夫函数分析变论域模糊制导律参数的自适应律,保证了视线角速率收敛到0附近领域,从而确保了制导精度。仿真结果表明,所提出的变论域模糊末制导律在目标机动下可精确拦截目标,具有良好的鲁棒性能。     

可能模型集算法在机动目标跟踪中的应用

介绍了用于机动目标跟踪的变结构多模(VSMM)估计中可能模型集(LMS)算法。阐明了该算法通过剔除不可能模型,保留一般模型,激活与重要模型相邻的模型实现模型集的自适应原理,并给出了其实现步骤。采用LMS算法对恒加速(CA)机动目标跟踪的仿真结果表明,LMS算法的滤波效果优于交互式多模型(IMM)算法,算法简单易行、计算量小,可用于跟踪运动规律较复杂的目标。     

直接侧向力控制导弹的自适应模糊变结构末制导律设计

针对采用直接侧向力控制的敏捷性导弹，提出了一种适州于拦截大机动目标的自适应模糊变结构末制导律。由于采用了直接侧向力控制方式，提高导弹末段机动过载和快速响应能力的同时，也使得系统具有高度耦合非线性和参数不确定性。采用所设计的制导律在制导系统中不确定性函数为未知的情况下，利用自适应模糊系统的万能逼近能力以任意精度进行逼近，由此克服了模型小确定性和外界干扰对制导系统的影响。并通过引入目标最大机动加速度自适应算法，使得这种制导律中的变结构项具有变增益能力，能够适应目标各类机动的情况。仿真结果表明，该制导律对大机动目标具有较强的鲁棒性，并对各类机动目标均有较高的制导精度。     

导弹目标遭遇过程中的剩余飞行时间估计

弹目遭遇末端目标至脱靶点剩余飞行时间的估算对起爆控制来说是非常重要的。本文详细讨论了脱靶情况下距离未知或丢失时，如何利用导引头测得的角度和角速度信息预测剩余飞行时间以及其它参数。结果表明 对于非机动目标，文中方法估计的剩余飞行时间及其它参数没有误差；目标机动能力的增加会导致预测误差变大，但是随着导弹逐渐接近目标以及剩余飞行时间的减小，预测精度也会逐渐提高。考虑到允许的起爆延时误差，目标机动对剩余飞行时间估计的影响是很小的。