外测数据系统误差及弹道的估计

一、引言飞行器飞行过程中,常用多站和不同测量系统进行观测。如何充分综合和利用这些跟踪数据,以便给出真实轨道,无疑是一个重要课题。各种测量系统的数据都含有系统误差和随机误差,它们会影响所估弹道的精度。本文研究了两站外测跟踪情况下,利用卡尔曼滤波方法先估计测量设备系统误差,然后进行补偿并获得弹道估计。这种方法使用线性误差模型,避免了运动方程的非线性,又能分离系统误差,故所估     

MISTRAM系统测距常值误差估计与修正

MISTRAM测距数据包含的常值系统误差，是影响数据质量和精度的主要因素之一。该误差既不便于按常规系统误差处理，更不能按随机误差处理。在设备精度鉴定中，使用更高精度的观测数据通过比对法估计的方法，以及EMBET方法，均受到诸多制约。本文基于MISTRAM系统高精度测速数据，建立了常值系统误差的估计方法。实际数据计算证明，该方法是可行的。     

外测系统共同校准方法初探

一、前言在外测数据的处理中,常涉及到两类误差,即随机误差和系统误差。对于随机误差,通常采用数据平滑的方法减弱其影响;而对系统误差,有时不作修正,仅估计其对测量结果的影响。当然,系统误差较小或测量精度要求较低时,是可以这样做的。但当要求提高精度时,这样处理就有问题了。而且仅靠提高硬设备的精度或靠增加设备数量来提高外测精度往往会有困难,也是不经济的。这就促使我们采用“软设备”去解决系统误差问题,即在不增加设备的情况下综合利用现有设备(如二种以上的设备),合理应用统计数学方法,尽可能减小随机误差的影响,分离系统误差,并予以修正,以提高外测系统的精度,获得高精度的弹道参数。     

极轴式望远镜系统误差修正模型推导

为保证极轴式望远镜轴系测量精度,需要对其系统误差进行修正。在分析极轴式望远镜测角工作原理的基础上,提出了利用欧拉变换方法推导其系统误差修正模型。采用该方法详细推导出望远镜的测角元件误差、极轴误差、纬轴误差、视轴误差等轴系误差模型以及镜筒下沉误差模型,并给出了极轴式望远镜的系统误差修正模型。该误差修正模型与采用球面三角学的方法推导出来的系统误差修正模型完全一致,欧拉变换方法由于只涉及到坐标的旋转与矩阵的计算,更容易理解和掌握。     

基于弹道的制导工具系统误差非线性分离方法

给出了在弹道参数上直接解算的制导工具系统误差分离非线性模型。在外测系统误差相同的情况下,与基于弹道参数的线性模型比较,理论证明和仿真算例均表明该方法分离精度得到提高,可满足工程要求。     

船载外测设备动态测量数据的误差分离

为了全面分析研究测量船外测数据误差特性,须对测量数据中的误差进行分离,为此需找到合适的误差分离方法。通过对航天测量船船载测量设备工程背景复杂、数据产生过程复杂、误差源多等特点进行深入的分析,为船载设备测量数据建立回归分析模型,采用三次等距B样条函数作为测量数据误差分离的工具,用等距的标准B样条拟合测量系统的真实信号、系统误差,进而分离出随机误差。对大量原始测量数据误差的统计特性进行检验分析,得出了船载设备外测数据不同于陆基测量的一些误差特性——非独立性、子段非正态性、需用高阶AR模型描述。研究结果表明:使用标准等距B样条函数作为误差分离工具对于船载测量设备外测数据是适合的,样条拟合后的残差结果符合高阶AR模型。     

航空发动机试车台架推力测量误差

分析了航空发动机试车台推力测量系统的误差来源，并给出系统误差的计算方法。     

有源相控阵中场测量中的空间误差研究

由于中场监测设备量少,且测量效率高,所以是有源相控阵雷达阵面测量的重要方法之一,在工程中得到了广泛应用。其系统误差包括监测方法误差和测量设备误差,其中测量方法误差非常关键,而测量设备误差与所采用的具体设备有关。在中场测量中,探头的位置偏移导致的空间误差是其特有的测量方法误差。本文对空间误差进行了理论分析,并以x波段有源相控阵的中场测量为例,给出了空间误差的计算结果和实验结果。计算结果表明,空间幅度误差很小;空间相位误差与被测阵面口径、测量距离和探头位置偏移有关。实验结果进一步验证了这种计算结果。分析结果为中场测量的实施提供了参考,具有一定的工程意义。     

再入(返回)测量的自校准α-β-γ滤波

在导弹、航天器试验任务的实时数据处理中,α-β-γ滤波已得到应用。由于外测系统的观测数据中,除含有随机误差外,还含有系统误差,而且系统误差经常大于随机误差。随着对实时处理测量精度要求的日益提高,应用α-β-γ滤波解算弹道参数,必须考虑外测系统误差的修正,否则,在较长测量弧段利用其滤波时,系统误差会造成弹道参数的滤波“发散”。本文基于“EMBET”自校准原理,将其推广到α-β-γ滤波中,完成了具有自校准α-β-γ滤波公式的推导,并给出再入(返回)测量弧段时的常用测量元素下的相应公式。     

样条节点优化方法及其在弹道表示中的应用

精确的主动段弹道表示模型是高精度弹道参数估计算法的关键。针对等距节点样条模型表示主动段弹道截断误差过大问题,引入一种基于残差的自适应样条节点优化方法,用自由节点样条表示主动段弹道,并根据假设检验理论给出算法中的阈值确定方法。仿真结果表明,经该方法进行节点优化后的样条模型,不但能有效控制模型误差,当检验水平较高时,还能初步识别导弹主动段特征点。     

弹道导弹线性制导方案改进方法研究

提出了一种对弹道导弹线性制导方案的改进方法，给出了该方法的制导方程和制导方程中各参数的具体算法，并分析了改进方法对提高导弹射击精度的增益。该制导方案保留了一般型线性制导方案可靠、简单的优点．基本消除了一般型线性制导方案的制导方法误差。     

多飞行器再入段时间协同弹道规划方法

提出了一种多飞行器再入段时间协同弹道规划方法。首先,在纵向平面内规划满足航程与终端约束的纵向标称轨迹。随后,在采用轨迹跟踪律跟踪纵向标称轨迹的同时,运用考虑初始横侧向状态的多边界航向偏差角走廊策略控制飞行器的横侧向机动,以满足到达时间约束与终端约束,进而实现单枚飞行器到达时间约束下的轨迹规划。在此基础上,完成了飞行器的到达时间分布与飞行能力分析,给出了最小与最大到达时间的分析计算方法,并根据多飞行器协同再入的任务需求完成了协同飞行时间决策。最后,多飞行器协同再入与扰动条件下的仿真结果表明,该方法能够规划出满足到达时间与终端约束的协同再入轨迹,具备良好的计算精度与鲁棒性。     

基于能量法的三维四向编织复合材料细观建模

基于三维四向编织携纱器运动规律和内部纤维束受力分析,提出一种基于能量法的细观建模方法,将建模过程分解为纤维束打紧后控制点的调整、纤维束相互挤压缠绕空间位置的改变和应变能最小时纤维束轨迹的确定.通过单胞模型几何尺寸分析,建立了单胞模型与编织参数之间的对应关系.该建模方法得到的纤维束模型互不干涉且紧密压实,纤维束轨迹为空间曲线与其两条相切直线组成,轨迹接近直线.通过实验对比,纤维束轨迹、模型横截面图与电镜扫描得到的图像一致,计算得到的编织结构尺寸与实验测得数据吻合.花节长度最大计算相对误差在5%左右,特别是编织角在21°左右时,计算相对误差在2%以下.      

月地返回轨道误差分析和第一次中途修正时机

分析了月地返回飞行过程中的误差因素和量级采用蒙特卡洛法和统计理论,定量分析了月地返回轨道入轨时刻误差、入轨状态误差、入轨控制误差、转移段定轨误差、中途修正控制误差等各种误差对轨道终端参数的影响。给出了月地返回轨道中途修正的计算步骤,然后以预期再入时刻和目标再入点为修正目标,采用微分改正法计算中途修正所需的速度增量。结合误差分析结果和测控条件,给出第一次中途修正时机的建议和一个具体算例,计算结果表明所提中途修正方法和策略可以修正入轨误差、定轨误差和控制误差的影响,使月地返回轨道可以按预期的再入时刻返回预定再入点。     

Dryden型大气紊流对平流层飞艇能量最优轨迹影响

研究了常值风场作用下平流层飞艇的上升段轨迹优化和大气紊流对最优轨迹的影响问题。首先基于平流层飞艇的受力分析,建立了考虑常值风场、地球自转和飞艇质量变化等诸多因素的三自由度动力学模型,处理参数得到归一化的系统方程;其次采用直接配点法将平流层飞艇的最优轨迹问题转换为非线性规划问题,以最小能量为目标函数,给出非线性规划问题的求解策略,优化得出可行解后对飞艇的最优上升轨迹及相应的加速度项进行了分析,将优化的控制量代入微分方程验证了优化轨迹的准确性;最后加入Dryden型大气紊流的干扰,选取多组大气紊流干扰下的数据进行对比分析,仿真结果表明大气紊流叠加风场均值与飞艇终端位置误差存在一定规律,分析并提出了平流层飞艇抵御大气紊流干扰的策略。     

基于标准弹道点的最优制导方法

由于基于需要速度的显式制导方法要确定虚拟目标点,虚拟目标点的确定要对地球扁率和再入阻力的影响进行修正,存在着百米以上的修正误差,为此提出了基于标准弹道点的最优制导方法,即将标准弹道的某点作为目标点进行需要椭圆轨道计算及最优入轨控制。提供了采用弹上迭代制导方法实现最优控制,同时给出了预测关机参数的需要椭圆轨道终端约束校正方法。该制导方法无需进行地球扁率和再入阻力的影响修正,可以减少方法误差,仿真计算证明了这一点。     

基于弹道模型的磁测系统偏航干扰误差分析

常规弹丸在使用地磁算法测量滚转角的过程中,常将偏航角设为0°解算弹丸滚转角。当弹丸在飞行过程中偏航角发生变化时,滚转角解算精度受到一定影响。针对偏航角变化带来的误差与多种因素有关,且规律不清楚。在建立偏航角误差系数的基础上,使用Matlab软件建立了弹丸在不同偏航角、俯仰角、射向条件下的误差模型。首先建立了横风修正的质点弹道模型,通过蒙特卡罗方法仿真弹丸的轨迹分布,分析了弹载环境下磁测算法的滚转角误差,并验证了误差系数的准确性。通过仿真验证,误差系数可以较准确地表示滚转角误差与偏航角变化之间的关系,误差系数计算的误差与理论误差的差值小于10%,为后续实弹试验做好理论准备。     

后效冲量引起导弹弹道误差的一种计算方法

后效冲量误差是引起弹道导弹飞行弹道误差和命中误差的一个重要误差源。根据冲量原理和小偏差理论给出了后效冲量误差引起导弹命中误差的一种计算方法和模型,提出了一种用关机分离方程控制射程的方法。仿真计算表明,该方法可彻底消除后效冲量误差,进而消除后效冲量误差产生的命中误差。     

复合制导空空导弹截获目标概率研究

中远程空空导弹普遍采用中制导加末制导的复合制导体制,在中末制导交接段,导弹截获目标的概率(TAP)是一个重要的设计指标。建立了一种工程上实用的截获概率计算数学模型,研究了影响截获概率的5种主要误差源及其计算公式,并给出了一条典型弹道的截获概率计算结果。该方法特别适用于研究不同误差源对截获概率的影响,可以在一次弹道计算中得到该条弹道的截获概率。     

船载设备测量数据处理结果的综合分析方法

数据处理技术包括数据诊断与误差分析技术、数学建模与处理技术以及数值微分与弹（轨）道计算技术等,而测量误差分析与处理技术是数据处理技术的核心。如何分析和处理误差贯穿于数据处理的全过程,直接影响弹／轨道计算的精度。对误差的分析和处理是测量船数据处理工作中的重要内容。本文根据测量船数据处理实际情况介绍了测量船数据分析方法,并结合任务实例介绍了测量船误差分析和处理的详细过程。