天基信息引导下反导武器系统拦截窗口分析

基于分析天基信息对反导武器系统的引导方式和引导精度,提出了能够评估拦截效能的反导武器系统拦截窗口的计算方法;建立了不同预警方式下的预警信息发出时刻和天基信息引导下的武器系统雷达发现目标时间的计算模型。通过仿真表明天基预警信息能够为反导武器系统提供充足的作战准备时间,在天基引导信息引导下,武器系统跟踪制导雷达能够更准确快速地跟踪制导雷达发现目标,改善引导信息的精度,增大拦截时间窗口和空间窗口并提高拦截弹拦截更远射程目标的能力。     

机载相控阵雷达射频隐身时最优搜索性能研究

为提高机载相控阵雷达的生存能力,首次提出了一种基于射频隐身的雷达搜索方法。分析了影响雷达搜索性能的各个参数,将波束宽度、驻留时间和发射平均功率作为优化参数,将最小化能量消耗函数、最小化估计检测概率与期望检测概率的2范数作为目标,利用带精英策略的非支配排序遗传算法对雷达搜索模型进行优化。从最后Pareto解集中选取使两个目标函数乘积最小的解作为最优解。仿真结果表明,本文的算法与基于最大检测概率、最大起始跟踪距离的搜索方法相比,在具有较好检测性能的前提下,消耗较少的能量,具有较好的射频隐身能力。     

空间目标小型相控阵雷达探测技术

地基探测系统受站点布局限制,难以实现全轨道空间的目标探测与跟踪。为对高价值航天器邻域空间目标进行全时探测与跟踪,提出基于伴随微纳卫星的小型化相控阵雷达技术。通过分析不同波段雷达对大范围空间目标搜索与精细跟踪的性能,并综合考虑系统复杂度与功耗等因素,最终选择C波段作为雷达工作频段。详细阐述小型化相控阵雷达的系统设计、目标搜索与跟踪的信号处理方法、测距与测角误差分析等。仿真分析证明,该小型化相控阵雷达能对25 km范围内、40°×40°的三维空间进行目标搜索,实现0.4 m的测距精度与0.03°的测角精度,满足空间目标大范围搜索与跟踪应用的需求。     

末制导雷达一次捕捉最小角度搜索范围模型

为了减少对方进行电子对抗的机会,要求反舰导弹末制导雷达在保证一次捕获概率的同时尽可能减小角度搜索范围。为此,提出了一次捕捉概率为1的最小角度搜索范围模型。模型中,用圆分布表示目标指示误差和目标机动误差,用矩形分布表示自控终点散布误差。首先证明了末制导雷达开机位置与最小角度搜索范围之间存在的几个性质,进而利用解析方法推导了最小角度搜索范围表达式。分别以末制导雷达最大作用距离和导弹被发现距离为可变参数,对高亚声速反舰导弹末制导雷达的最小角度搜索范围进行了计算。结果表明,最小角度搜索范围不超过36.5°,小于某些反舰导弹的最小角度搜索范围。
     

新型空天威胁目标防御难点及对策分析

在分析新型空天威胁目标的现状、特点及发展趋势的基础上,从预警探测、拦截打击方面分析了新型空天威胁目标的防御难点。针对这些难点,结合防御武器系统发展现状,提出了通过组网提高探测概率,运用新概念武器和通过网电空间拦截提高拦截概率的对策,最后给出了基于网络的反新型空天威胁目标的综合拦截方法。     

面向运动目标捕获的低轨卫星视场幅宽研究

通常低轨卫星过顶时间较短,而目标运动随机,因此捕获运动目标是较为困难的,只能通过长期的时间累计来提升捕获概率。文章基于目标运动速度、出动频率、全球分布位置,卫星工作寿命、视场幅宽、轨道重访频次和时长等复杂因素,给出了卫星过顶遭遇目标的概率计算方法。然后根据概率计算结果,提出了实现0.99的遭遇概率要求卫星视场幅宽的下限。研究结果可为论证面向运动目标探测的低轨卫星视场幅宽需求提供借鉴。     

雷达网探测高超声速目标时间分配

针对雷达探测高超声速目标预警时间有限的问题，建立雷达网无缝跟踪的时间分配模型并设计一种贪心策略进行求解。该模型基于雷达网无缝跟踪的时间分配原则，考虑雷达跟踪容量、交接要求和时间间隔占用性等约束条件，并采用选择最早发现目标的可见时间窗作为初始跟踪时间窗的贪心策略进行求解，实现了雷达网对该类目标的持续跟踪。设计的求解策略比依次选择时间窗最长的雷达参与跟踪的策略交接次数少10%以上，同时使得目标函数值提升近6%,且算法耗时仅为精确求解算法耗时的7.5‰,提高了反临预警任务规划效能。     

"电子篱笆"型空间监视雷达测向数据关联算法

"电子篱笆"型空间临视雷达利用多测站测向数据交叉定位获取空间目标的点迹测量,多目标同时观测时会产生虚假定位点.针对此问题,提出了一种基于空间目标轨道运动特征的测向数据关联算法.该方法利用目标多普勒测量值,结合不同测向数据关联方式下得到的目标空间位置,独立计算出各测站下目标的轨道倾角(称为多普勒倾角).基于各测站计算的轨道倾角差异度,考虑虚警与漏警后构建代价函数,筛选出代价最小者完成测向数据的关联.仿真实验表明,对于绝大多数空间目标,多普勒倾角的计算精度高,数据正确关联概率高,验证了方法的有效性和实用性.     

空间微分几何制导律应用研究

分析了空间微分几何制导指令在弹道导弹拦截场景中的捕获条件和捕获能力。首先根据古典微分几何的曲率理论将微分几何制导曲率和挠率指令从弧长体系转换到时域下,然后基于理想飞行控制系统假设给出了指令攻角和指令侧滑角的算法以及空间微分几何制导律,最后推导出拦截高速目标时的初始捕获必要条件和奇异条件。仿真结果表明,空间微分几何制导律可以应用于实际的拦截场景,且与传统的比例导引律相比,该制导律对机动目标具有更好的拦截性能。     

相控阵导引头空域搜索策略研究

为提高相控阵导引头在中末制导交班时搜索效率,对空域搜索策略进行了研究。分析了中末制导交班的误差源,根据目标指示误差设计了圆形7波位、矩形9波位和矩形25波位三种空域搜索策略。考虑回波遮挡和目标雷达反射截面(RCS)起伏效应,采用复合制导系统模型,通过仿真对三种空域搜索策略进行了全弹道性能评估和对比分析。结果发现:在三种搜索策略中,少波位搜索策略的覆盖范围小于多波位搜索策略,但搜索时间长度小,因中末制导交班的空域搜索时间有限,综合考虑认为少波位搜索策略的搜索效率较多波位更高;圆形7波位策略较矩形9波位能在相同时间内搜索内更多的圈数,故其性能最佳。     

面向临近空间高机动目标的改进预测命中点规划方法

研究面向临近空间高超声速目标的预测命中点设计问题,考虑到高超声速目标机动能力强,拦截系统的目标预报弹道中存在多次出现斜距相同的情况,导致基于斜距的预测命中点设计方法不适用。通过引入目标弹道预划分手段,保证在每个预测命中点搜索区间的斜距具有单调性,以便可以快速有效搜索到预测命中点,解决当前方法的局限性。结合拦截弹的标准弹道族计算,提出了基于目标弹道预划分的改进预测命中点设计方法。在此基础上,考虑到延时发射,通过状态转换的方法,将三维平面进行降维处理,获得标准弹道族与目标弹道的所有位置重合点,并通过两者飞行时间时长对比筛选出可行拦截弹道方案,从而获得发射时间窗口。最后,通过开展仿真分析说明了提出方法的有效性。     

Design of satellite constellations with continuous coverage on elliptic orbits of <Emphasis Type="Italic">Molniya</Emphasis> type

New methods of choosing the structures of satellite constellations (SC) on elliptical orbits of the Molniya type are presented. The methods, using critical inclination and putting the orbit apogee in the Earth’s hemisphere with an area of continuous coverage, are based on geometrical analysis of two-dimensional representation of the coverage conditions and SC motion in the space of inertial longitude of the orbit ascending node and time. The coverage conditions are represented in the form of a certain region. Dynamics of all satellites in this space is represented by uniform motion along a straight line approximately parallel to the ordinate axis, while the satellite system forms a grid. The problem of choosing a minimal (as far as the number of satellites is concerned) SC configuration can be formulated as a search for the most sparse grid. The contemporary advanced methods of computational geometry serve as an algorithmic basis for the problem solution. Design of SC for continuous coverage of latitude belts with the use of kinematically regular systems is considered. A method of analyzing single-track systems for continuous coverage of arbitrary geographic regions is described, which makes a region at any time instant observable by at least one satellite of the system. As an example, SC on elliptical orbits are considered with periods of ～4, 12, and 24 hours.     

目标加速度未知下的导弹自适应滑模拦截制导

针对机动目标拦截过程中加速度信息难以获取的实际问题，设计了一种基于RBF神经网络的自适应滑模拦截制导律，有效提高了导弹制导系统的鲁棒性能。首先，结合空间几何知识，构建了弹-目三维空间相对运动模型；然后，利用RBF神经网络对拦截目标的未知加速度进行了有效估计，消除了制导设计对目标加速度信息的依赖性；在此基础上，结合零化视线角速率的制导理念，分别在导弹俯仰平面和偏航平面设计了对应的自适应滑模制导律，同时采用连续高增益法削弱了系统的抖振现象，并给出更符合导弹制导实现的法向过载指令，利用Lyapunov定理证明了所提方法的收敛性；最后，通过仿真验证，在三种不同的拦截场景下进行了仿真对比，仿真结果表明所提滑模拦截制导律对目标机动有较高的自适应性和鲁棒性。     

面向临近空间目标拦截的预测命中点设计方法

针对基于吸气式高超声速平台的临近空间目标拦截概念方案,考虑由于吸气式动力拦截平台飞行策略与火箭动力拦截弹的区别,导致传统预测命中点设计方法不适用的问题,开展面向吸气式高超声速平台的拦截预测命中点设计方法研究。首先,基于拦截空域最大的原则,结合吸气式动力飞行策略构建高超声速拦截平台的标准弹道族;然后通过将多约束拦截预测命中点设计问题分解为基于航程约束的拦截时间迭代计算问题和满足高度约束的拦截点的高效筛选问题,快速完成预测命中点规划。最后,通过仿真实验说明了提出的面向吸气式高超声速拦截平台预测命中点规划方法的有效性。     

立体式全球电磁环境感知系统设想

介绍了立体式全球电磁环境感知系统的构建思路：以高轨卫星实现全球瞬时无缝隙电磁环境覆盖（瞬时感知）;以低轨卫星实现区域电磁环境探测（区域增强探测）;以临近空间或机载平台实现电磁环境识别和重点目标定位（分析电磁环境、识别和定位重点目标）。立体式全球电磁环境感知系统以空、天电磁环境探测为网络,建立全球电磁态势数据库（含可视化）,实现在任何时间查阅任何区域内的电磁信号分布情况,分级分类为用户提供全球各区域实时、动态的电磁环境分布态势。     

空间站脉冲编码被动式交会对接合作目标三维跟踪

针对空间站交会对接(RVD)过程中合作目标在视频中周期性发光的特点,提出基于累积帧差法的合作目标检测方法及相应的跟踪窗口确定方法,建立合作目标状态的识别机制。在跟踪过程中,针对均值漂移算法容易受到图像背景干扰产生较大跟踪偏差的问题,在光流计算的基础上,提出一种基于线搜索的二维跟踪算法。通过分析敏感器采集的视频,验证了文中提出的算法能够准确地检测和跟踪图像序列中的合作目标,进而结合像机位姿估计算法,连续地估计像机位姿在三维空间中的变化。     

基于迭代修正方法的严格回归轨道设计

通过分析太阳同步回归轨道的轨道根数和星下点经度/纬度的关系,推导了一组轨道根数的修正公式。基于高精度轨道动力学模型和升交点位置确定方法,构造了关于轨道半长轴和轨道倾角的迭代修正方法。针对偏心率矢量的动力学系统所具有的极限环特性,构造了平均法求其解析近似,从而实现冻结轨道特性对偏心率和近地点幅角的迭代修正。结合迭代修正,得到一组严格回归的轨道根数。该轨道能够重访空间目标点,具有较高的回归精度。     

空间多目标拦截交会平台停泊轨道设计优化

针对空间多目标交会(拦截)平台停泊轨道设计问题,定义有效交会(拦截)区作为衡量平台交会(拦截)目标能力的指标,提出并建立了该类空间平台停泊轨道设计优化和分析模型,采用多岛遗传算法(MGA),以有效交会(拦截)区的最大化作为优化目标,以可交会(拦截)目标的数目和子飞行器轨道转移所需要的脉冲速度增量等为约束条件,对该类平台停泊轨道要素和子飞行器变轨时机进行综合设计优化。将上述模型和算法用于两空间平台设计中,一个是针对低轨2目标的交会平台,另一个是针对中轨3目标的拦截平台,得到合理的结果,表明所提出的设计优化模型以及选择的寻优算法是有效的。     

拦截机动目标的运动伪装制导律

设计了一种基于运动伪装策略的拦截制导律。首先根据弹目相对位置关系得出双二阶动力学模型,依据运动伪装策略的运动特性给出导弹拦截目标的条件。然后利用此条件并结合弹目相对运动关系推导三维空间下的制导律。在推导过程中发现,原来的三维制导律设计可以简化为二维平面内设计,从而降低了设计难度。通过加入对目标机动的估计,给出一种适用于三维空间拦截的二维导引律。最后对该制导律进行仿真校验,并与纯比例导引律进行仿真对比,仿真结果表明所设计的制导律满足制导精度的需求。