机动弹道对抗导弹防御系统的效能分析

为了研究机动弹道对抗导弹防御系统的突防效能,梳理了弹道导弹防御系统的组成与作战流程,通过剖析系统的信息流向与处理过程,提炼出机动弹道突防导弹防御系统的机理,即采用机动弹道可使导弹预警信息处理能力下降,从而破坏、瘫痪导弹防御系统,实现导弹的有效突防.通过仿真滑翔机动弹道和椭圆弹道,并对计算的跟踪弧段、弹道估计和预报误差进行比较,结果表明：采用机动弹道,观测弧段压缩44％,弹道估计误差增大数倍,有效预报时间大大缩短.因此,采用机动弹道是导弹突防的一种有效手段.     

助推段防御比例导引法研究

基于助推段防御和比例导引法,分析了拦截弹与目标导弹的相对运动关系并给出了比例导引方程;采用差分法分析了拦截弹与目标导弹的位置关系、构建了数学模型并推导了拦截弹的差分方程;以拦截时间和拦截弹道为研究对象,分析了拦截弹的速度和比例系数对拦截时间和拦截弹道的影响,并对比例导引法的拦截弹道进行了三维仿真。仿真结果表明,助推段防御使用变系数比例导引法,可有效缓解拦截时间与拦截弹机动性之间的矛盾。     

不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化

滑翔制导炮弹因体积和成本所限存在控制能力有限的问题,有必要对其方案弹道加以合理的设计,为此提出一种不确定飞行环境下的弹道优化方法以降低方案弹道对各类随机干扰的敏感度。建立了模型偏差、滑翔启控点参数偏差、气动参数偏差及气象偏差等不确定性因素的数学模型,推导出计及随机干扰的滑翔弹动力学系统雅可比矩阵的解析表达式,利用线性协方差分析法,得到了系统误差传播方程,进而建立了不确定飞行环境下的弹道优化模型。利用Chebyshev伪谱法将弹道优化问题转换为非线性规划问题,在此基础上采用内点算法(Ipopt)获得了方案弹道的最优解。仿真结果表明,与不考虑不确定因素的设计方法相比,采用本文方法设计出的方案弹道,纵向和侧向位移散布方差明显减小,显示出对随机干扰更好的抑制效果。     

基于混合体制雷达网的弹道目标微特征及外形参数提取

针对弹道中段目标微特征难以识别与分辨的问题,提出了一种基于低分辨雷达和高分辨雷达相结合的混合体制雷达网的有翼弹道目标微特征及外形参数提取方法。依据非线性信号参量可分离模型,利用非线性最小二乘估计方法解算出有翼弹道目标群各散射中心的幅相参数,结合不同雷达提取的微特征的关联性,利用散射中心关联处理实现了各类散射中心的分离。在此基础上,利用弹道目标的微特征,结合弹道目标各散射中心的相对位置关系,重构出各目标的三维微特征及各散射中心的三维位置矢量,进而估计出目标的进动特征和结构参数。仿真结果表明:当信噪比(SNR)为5 dB时,该方法的重构精度保持在92%左右。     

一种红外多传感器对中段弹道空间邻近目标的联合超分辨弹道估计方法

 分析红外焦平面(IR FRA)对中段弹道空间邻近目标(CSO)的成像特点,指出星载红外传感器为实现对空间邻近目标的跟踪必须对其进行超分辨。提出了一种中段弹道空间邻近目标联合超分辨与弹道估计新方法。该方法结合红外焦平面成像模型和中段弹道动力学模型,使得能够同时利用红外多传感器的多帧信息,基于最小二乘准则建立联合超分辨弹道估计目标函数,并分析选择各目标的起始状态参数作为模型参数。针对目标函数的高维非线性特点,推导最小化意义下等价的降维目标函数,采用量子粒子群优化算法最优化该降维目标函数直接求解模型参数,进而计算出各目标的弹道和辐射强度,实现中段弹道空间邻近目标的联合超分辨与弹道估计。仿真结果验证了该方法的有效性,且相比于传统的先单传感器单帧超分辨、然后多传感器多帧测角数据关联与滤波方法,新方法在避免数据关联复杂问题的同时,其弹道估计精度更高、分辨能力更强。     

空射弹道导弹助推段弹道设计与优化

在弹道优化设计研究中,针对空射弹道导弹弹道优化两点边值问题解析求解困难且对参数敏感的问题,基于将过程优化问题转化为参数优化问题的思想,采用了飞行程序角设计的参数优化方法。根据空射弹道导弹亚声速水平发射的特点,首先基于动力特性设计了其助推段飞行程序角模型,确定了恰当的控制变量参数化结构,在满足飞行过程的多种约束条件下,建立了弹道优化模型,引入序列二次规划法对其进行优化计算,从而实现了对确定优化目标的轨迹快速生成。仿真结果表明,弹道优化计算时间缩短,收敛速度明显提高,可在原有设计基础上,提升优化指标16%,验证了该方法的有效性。     

自由段弹道目标跟踪算法在工程中的应用

在对弹道目标跟踪预警的工程实践中,雷达系统对目标运动的信息处理速度尤为重要,因而,文章选取自适应跟踪模型与卡尔曼滤波相结合的方法解决自由段弹道目标的跟踪问题,并与扩展卡尔曼跟踪算法做了对比分析。仿真显示,2种滤波方式分别与自适应跟踪模型相结合后,卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波跟踪性能相差不大,但其算法简单、运算时间短,可以较好满足自由段弹道目标跟踪的工程需求。     

基于最优样条节点的导弹主动段弹道估计方法

拟合导弹主动段弹道并估计其弹道参数是天基红外系统(SBIRS)的重要任务之一。首先采用三次样条函数对导弹主动段弹道进行描述,并建立主动段弹道的运动模型和测量模型;其次采用最大似然估计方法将导弹弹道估计问题转化为非线性最小二乘准则下的样条系数和样条节点分布最优估计问题;最后利用投影定理将样条系数估计和样条节点分布估计分离开来,并通过迭代逼近给出了最优样条节点数的确定方法。仿真实验结果表明,所提方法不仅对主动段弹道的拟合精度高,而且还减少了待估参数的数目,简化了求解过程,可在无先验信息条件下较好地解决导弹主动段弹道的估计问题。     

面向再入目标跟踪的估计与辨识联合优化算法

准确的弹道系数辨识和精确的目标状态估计是再入目标高精度跟踪与高可靠识别的关键。一方面,状态估计的误差会造成模型参数(弹道系数)的辨识风险;另一方面,模型参数的辨识偏差又会导致模型失配从而降低目标状态的估计精度。因此,需要实现再入目标的状态估计和参数辨识的联合优化。针对再入目标弹道系数未知情形,提出了一种基于期望最大化(EM)框架并采用粒子滤波(PF)平滑器实现的PF-EM联合优化算法。在E步基于粒子平滑器得到目标状态的后验平滑估计,M步采用数值优化算法更新上一次迭代的弹道系数,通过E步和M步的不断迭代,以保证状态估计和弹道系数辨识的一致性。算法仿真对比表明:所提算法的状态估计和参数辨识精度均优于传统的状态增广算法。     

多传感器数据融合在光电经纬仪目标分离段跟踪的应用研究

针对光电经纬仪在目标分离段容易跟踪假目标的问题,提出应用多传感器数据融合方法实现目标分离段的假目标识别。在目标分离前,根据实测的目标轨迹数据通过理论弹道修正算法计算出理论弹道的误差修正量;在目标分离时,利用得出的误差修正量修正目标的理论弹道,并采用模糊聚类关联算法判断各传感器目标测量数据与修正后的目标理论弹道的相关性,从而识别出测量数据是否来自假目标。实验结果表明该方法能够有效地区分出真假目标,判别结果作为跟踪系统及目标识别系统决策依据,有效提高了目标分离段跟踪成功概率。     

一种关于目标与安全管道相对位置估算方法

针对靶场试验安全控制中目标与安全管道位置估算的实际需求,结合靶场实时数据处理要求,提出了利用滑动窗口技术,动态载人理论弹道数据,并采用折半查找和KNN查询相结合的思想实现了目标与理论弹道最近邻点查询,完成了飞行目标与理论规划航迹间的位置等参数偏差查询。利用区间估计原理,给出了目标与安全管道相对位置估算方法,解决了传统试验中无法对目标与管道边界的接近程度进行量化的问题。     

脱壳穿甲弹气动力-外弹道优化设计

本文将脱壳穿甲弹结构参数在飞行弹道上对空气动力特性、外弹道特性的相互影响作了分析,提出了在飞行弹道上对主要结构参数进行气动力-外弹道一体化优化设计的必要性。基于脱壳穿甲弹的弹道特点和战术技术要求,确定了优化设计变量、目标函数、约束函数。建立了一体化的优化设计数学模型,并利用空气动力数值计算、外弹道数值计算和最优化方法进行求解,编制了一套设计软件。通过对某小口径火炮脱壳穿甲弹优化设计应用表明,软件计算精度较高,优化设计后的脱壳穿甲弹主要弹道性能有了大幅度抛高,优化设计收到了很好的效果。     

空间进动目标动态散射特性的实验研究

研制了进动目标模型,构建了紧凑场微波暗室动态测量系统,通过暗室实验的方法研究了空间进动目标的动态散射特性,给出了若干典型条件下的全极化宽带测量结果。通过实验可以观察到目标进动引起的多普勒频移,证明了微波雷达对进动目标微多普勒的可观测性,同时观察到弹头常见结构引起的非理想点散射现象。实验结果的分析表明,该实验系统能够有效地揭示进动目标的目标特性和回波调制特性,从而为弹道中段目标的动态电磁散射特性、目标结构反演、运动参数提取和逆合成孔径雷达(ISAR)成像的研究奠定了基础,对于弹道中段目标识别的研究具有重要的意义。     

遗传算法在弹道数据融合中的应用

目前靶场采用全测元融合滤波的方式确定目标飞行器弹道,为测控设备提供引导信息并为安全决策和指挥显示提供数据支持。随着靶场测控设备种类和数量越来越丰富,而新的试验任务又对实时弹道融合解算精度提出了更高的要求,全测元融合处理能否提供高精度的融合弹道和快速地从海量融合方案中寻找最优的方案是弹道测量数据融合急需解决的问题。本文提出了基于遗传算法的最优融合方案选择方法,利用该方法得到的融合弹道精度优于全测元融合方案,仿真结果表明了方法的有效性。     

弹道跟踪数据融合处理的快速算法

针对弹道跟踪数据融合处理中的大计算量环节研究了快速算法。用样条函数表示弹道参数,建立了多测元的联合观测模型和弹道参数的非线性融合计算模型,给出了弹道参数的求解算法,分析了弹道参数融合计算中的大型矩阵运算问题,利用基础线性代数函数库提高了大型矩阵的运算速度。建立了样条模型计算的非线性约束优化模型,给出了确定样条节点位置的优化算法,通过分析样条模型的计算原理设计了并行算法,实现了样条模型的并行化计算。仿真结果表明,弹道参数融合计算和样条模型计算的效率都得到了显著提高,计算时间减少了65.47%,对缩短数据处理周期有重要意义。     

弹道导弹总体参数两阶段快速优化方法

为实现弹道导弹总体参数快速优化,根据弹道导弹被动段弹道与椭圆弹道之间偏差为小量的特点,建立了一种基于椭圆弹道和精确弹道的两阶段优化模型,有效平衡了计算复杂度与优化精度的矛盾。在弹道导弹总体参数建模基础上,将该问题抽象为最大射程约束下最小起飞质量的参数快速优化问题。为加快模型优化进程,第一阶段优化以椭圆弹道代替精确积分弹道,采用粒子群算法进行全局搜索求得准最优解;第二阶段以第一阶段求得的准最优解作为初始解,在此基础上进行接力局部寻优并对椭圆弹道进行误差修正。仿真结果表明,该方法在保证优化效果的基础上,显著提高了优化效率,具有一定的工程应用价值。     

燃气-液压混合驱动大惯量起竖系统内弹道建模与参数优化

针对传统起竖方式起竖缓慢、起竖动力源功率密度小等问题,基于燃气与液压混合驱动的起竖方案,设计了一种变截面的固体药柱。基于经典零维内弹道方程,考虑燃气气-粒两相流影响及点火药、固体装药两种燃气的共同作用,结合起竖机构的运动规律,以大惯量起竖装置为研究对象,建立了起竖系统的一体化动力学模型。参照目标起竖角度曲线,采用遗传算法对药柱结构参数进行匹配,并对燃气驱动方案进行优化,最终确定了前端直径0.1m,后端直径0.04m的变截面药柱及药柱燃烧1.5s,燃气驱动4.62s的起竖方案。正向内弹道计算结果表明,基于精细化模型的内弹道优化,可使系统在较短时间内(4.62s)以较小的过载(小于0.35g)起竖至目标角度(1.28rad)。     

基于弹道动力特性考虑的不完全测量数据处理方法

针对试验任务中数据丢失的情况,讨论了如何结合遥测信息,充分考虑弹道动力特性提供样条节点,最终获得目标高精度的位置和速度参数估计的问题。首先,介绍了样条节点的概念及其反映的物理背景;然后,结合遥测数据处理的相应理论,提出了遥测弹道具有充分反映动力特性、保形的特点;最后,结合最优节点搜索方法和节省参数建模理论,运用样条约束的联合处理手段,采用改进Gauss-Newton法求解非线性方程,给出了相应的实测数据处理算例。结果表明,基于靶场现有高精度测量设备的跟踪数据,充分考虑弹道的动力特性,在某些数据丢失的情况下,仍然可以提供高精度弹道参数。相对于传统的融合低精度测元进行数据补偿的方法,文中所介绍方法对提高全程弹道精度具有重要意义。     

多目标综合测量系统的三种弹道计算方法

给出了多目标综合测量系统的三种弹道计算方法：解析算法、逐点最小二乘算法和样长约束弹道的EMBET方法，并比较了它们的弹道计算机精度。这三种算法不仅提供了各种可能情况下的弹道计算备选方案，而且形成了一个独立完整的精度逐步提高的弹道计算流程。     

高超声速飞行器并行子空间优化设计

采用正交试验设计方法生成初始数据库,建立二次多项式响应面近似模型,以最大巡航距离为设计目标,机体/推进一体化外形参数和巡航弹道参数为设计变量,对高超声速飞行器进行了多约束多学科的并行子空间优化设计.优化设计获得了多学科融合条件下的最优化外形和弹道参数,可作为飞行器进一步详细设计的参考方案.