基于EKF的主动雷达寻的制导状态估计与最优控制研究

针对主动雷达寻的制导问题,进行了非线性系统状态估计和最优制导律的研究,并进行了目标机动情况下的仿真验证。利用主动雷达给出的带有噪声的观测信息,设计了寻的制导系统扩展卡尔曼滤波器,估计弹目相对运动状态信息。基于最优控制理论,按照需用过载和脱靶量最小设计了线性二次型最优制导律。仿真结果表明,所设计的主动雷达寻的制导系统滤波器和最优制导律能有效对付机动目标,满足飞行器控制要求。     

THASSID光电寻的系统

美陆军用THASSID(末段寻的固态成像装置)光电子的系统来检验和评价寻的系统的主要战术技术性能.THASSID寻的系统由电视摄像机和复合跟踪系统组成.复合跟踪系统包括自适应窗内目标形心跟踪系统、动目标跟踪系统和相关跟踪系统.对上述系统的特性和工作原理作了详细讨论.     

采用具有输入估值的变维滤波器进行的跟踪

本文提出了一种跟踪机动目标的改进方法。把输入估值方法的逆推公式与变维滤波器方法综合起来就构成了本文所提出的跟踪滤波器。在所提出的方法中，滤波器还提供目标开始机动的瞬间时间估值（当检测到目标机动时）。支用所估算的机动起始时间也可估算机动输入，跟踪系统则转换为机动模型。所提出的方法的计算负担与输入估值方法的相当。这种跟踪滤波器的有效性已经通过模拟得以验证，并将茯与交互式多模（ＩＭＭ）滤波器、输入估值滤     

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.     

带渐消因子的Quadrature卡尔曼滤波

为了解决无源传感器机动目标跟踪系统非线性较强、传统的跟踪滤波方法不稳定容易发散的缺陷,提出了一种带渐消因子的QKF（FQKF）算法。该算法通过引入时变渐消因子来实时调整状态预测误差协方差阵、量测预测误差协方差阵及状态预测误差和量测预测误差之间的互协方差阵,利用公式推导得出渐消因子实际上是对状态传播积分点和量测传播积分点进行渐消,进而达到实时调整滤波器增益矩阵的目的。并通过算法的机理分析和仿真实验表明FQKF算法具有强跟踪滤波器（STF）的优良性能,能够克服QKF算法的缺陷,对于无源传感器机动目标跟踪中系统的突变状态具有较强的跟踪能力,较QKF算法稳定性有所提高,并且计算量适中。     

防空导弹对机动目标杀伤效果分析

为了分析目标机动对寻的式防空导弹杀伤概率的影响,设计了基于蒙特卡洛试验方法的仿真试验系统。分别建立了基于典型作战飞机和巡航导弹的机动目标仿真模型,建立了基于某型寻的式防空导弹的仿真模型。通过对机动目标进行大量的统计仿真,获得了防空导弹拦截机动目标的全空域杀伤概率。对仿真结果的分析表明,机动目标的航路捷径、机动方式、机动时机是影响寻的式防空导弹拦截效果的主要因素。本文的研究成果可以作为武器系统作战效能评估和战术使用研究的理论依据。     

“软性”空间对抗中目标追踪的对准问题研究

分析了开展"软性"空间对抗的技术途径,得出必须实现精确对准目标的有效作用面的结论,提出了一种对非合作目标进行成像、解算视轴与有效作用面夹角、然后对本体进行轨道机动开展精确对准的策略.该方法的主要过程是在对抗系统完成捕获、瞄准、跟踪后,由目标投影成像结果,展开作用面的图像分割与识别.以侦察卫星的圆筒形目标为例,分别提出了在目标大、小偏角阶段获得轨道机动控制偏差的计算方法.实验证明该方法是在"软性"空间对抗中进行自主寻的的有效途径.     

拦截大气层内机动目标的自适应积分滑模制导律

针对大气层内机动目标拦截的末制导问题，提出了一种自适应积分滑模制导律。基于抑制弹目视线旋转的原则，设计了一种视线转率收敛速率可调的跟踪剖面，选取跟踪误差与其积分为状态变量，采用状态有限时间收敛的积分滑模面与快速趋近律推导得到了积分滑模制导律。为了处理未知的目标机动项，提出了一种自适应算法，对目标机动项上界的平方进行估计，构成了自适应积分滑模制导律，并证明了其有限时间收敛的特性，给出了各状态变量的收敛域。最后，将制导律转换成适用于大气层内拦截的形式。仿真结果表明，所提制导律能够精确拦截机动目标，剖面跟踪误差收敛速度快，过载分布均匀，能量消耗少，并具有良好的噪声特性，易于工程实现。     

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。     

高超声速机动目标天基跟踪鲁棒性滤波方法

为解决高超声速滑翔飞行器(HGV)机动飞行过程中的跟踪问题,提出了一种基于机动观测器补偿的鲁棒扩展卡尔曼滤波方法。针对传统卡尔曼滤波器由于模型误差而无法稳定跟踪的问题,首先建立了HGV动力学模型和天基红外测量模型;随后,设计机动观测器对未知气动加速度进行在线估计;在此基础上,利用机动估计对扩展卡尔曼滤波中的预测步骤进行修正,克服了因模型误差而导致的滤波发散问题;最后,考虑到机动观测器的时延误差,在扩展卡尔曼滤波迭代过程中引入次优渐消因子,提高了滤波跟踪的鲁棒性。与强跟踪滤波、扩维卡尔曼滤波、交互多模型滤波等典型跟踪方法相比,所提方法可在不具备目标机动先验信息的情况下,以较低的计算耗时取得良好的稳定性和跟踪精度。     

寻的制导系统起伏误差解析模型

目前,对寻的制导系统制导精度的有效计算仅限于数值计算。本文通过对运动学环节的近似处理,得到导弹飞行末端的近似传递函数,该传递函数中不含变化剧烈的导弹、目标相对距离,不仅使系统的阶次降低,而且制导回路开环放大系数变为缓变量Na(导弹有效导航比),可采用系数固化法。据此建立的目标角噪声引起的起伏误差解析模型,具有简单、实用的特点,为寻的制导系统制导精度的计算提供了一种新途径。     

半捷联寻的导引头寄生回路稳定性分析与制导精度分析

对半捷联寻的导引头的寄生回路稳定性进行了分析,研究了半捷联寻的制导系统主要参数变化与各误差源对制导精度的影响。首先进行了半捷联寻的导引头跟踪控制系统设计,建立了半捷联寻的导引头隔离度数学模型及由隔离度函数引起的寄生回路数学模型,推导了隔离度函数最大幅值与导引头系统参数之间的解析表达式,给出了寄生回路稳定判据,建立了寄生回路稳定域与导引头控制器参数之间的约束关系。 基于伴随技术推导了目标机动及测量元件噪声所引起的脱靶量与弹体过载的显式解析表达式。 最后针对实际的半捷联寻的制导系统进行了精度分析,给出了制导系统主要参数变化对制导精度的影响规律,确定了各种误差源信号对制导精度的影响程度,为半捷联寻的制导系统总体设计提供了理论依据和技术支撑。     

机动目标多传感器组网空间配准方法

针对存在传感器偏差的多传感器组网系统跟踪机动目标的问题,把目标状态与传感器偏差进行解耦估计,提出了一种基于交互多模型的两阶段扩展Kalman滤波(IMM-TSEKF)算法。由于传感器观测方程的非线性,文中采用了两阶段扩展Kalman滤波器(TSEKF),针对机动目标,把IMM算法与TSEKF算法相结合用于目标跟踪与空间配准。此外还对算法的时间复杂度进行了分析,并以螺旋机动战术弹道导弹为目标进行组网空间配准与目标跟踪。仿真结果表明,相比于常规的基于交互多模型的增广Kalman滤波(IMM-ASEKF)算法,该文算法在估计性能相当的情况下,减小了计算的复杂度,提高了计算效率,更易于工程实现。     

航天器交会寻的段三冲量制导方法及误差分析

提出一种航天器空间交会寻的段的三冲量制导方案.以节省燃料和提高末制导精度为目标,设计出基于Hill方程寻优和轨道预报实时优化的双重优化方法,对无初始误差及测量误差情况下的寻的制导效果进行仿真分析,并且对存在初始误差与测量误差时的寻的制导进行模拟打靶试验.仿真结果表明此方法在保证终端精度的同时能较好地节省燃料,并且对于误差影响具有鲁棒性,计算量较小,具有工程可实现性.     

寻的导弹制导中距离测量可能错误时的多模型滤波

寻的制导雷达在电子干扰条件下可能测得错误的距离信息,以切换系统模型来描述此问题,并提出了一种新的多模型跟踪滤波器来实现制导信息的估计.该滤波器分两步序贯处理角度测量和距离测量数据,从而有效地改进了距离测量修正中的线性化参考点.仿真结果表明,这种估计方法使得距离测量正确情况下的滤波精度得到提高,并且能以很高的概率消除错误的距离测量数据对滤波的影响.     

非线性H∞鲁棒制导律设计

针对战术寻的导弹在追踪平面内的非线性运动学问题,提出了一种鲁棒制导律.与传统的制导方法不同,这种制导律不需对目标运动进行任何假设,也不必对目标加速度进行实时估计,因此,在对目标机动信息一无所知的情况下,制导律本身具有很强的鲁棒性.通过分析推导,给出了解析形式的H∞制导律.数字仿真结果表明,H∞制导律具有良好的跟踪性能和鲁棒性.     

目标机动加速度的估计与导引律实现

研究了寻的末制导过程的制导信息获取问题,并在此基础上对导引规律的实现进行了 研究。针对末制导过程的非线性数学模型的特点,设计了高增益观测器,采用高增益反馈保 证观测误差的快速收敛,利用导弹导引头提供的信息,对导引规律中需要的视线转率和目标 机动加速度信息进行了估计,分析了观测器误差的收敛性。采用观测器方法进行制导信息的 估计,将目标机动看作外部扰动输入,因而不需要建立目标的机动模型或对目标机动的统计 特性进行假设。利用观测器获得的制导信息,对导引规律进行了实现,并证明了闭环制导回 路的稳定性。最后进行了数值仿真,并对仿真结果进行了分析,验证了文中得出的结论。     

关于射频与红外复合寻的制导系统的半实物仿真技术

随着精确制导技术的发展,现在不再是利用单一的雷达或者红外寻的 制导方法实现对目标的探测、跟踪,而是采用多谱段组合的复合寻的方法实现对 目标的探测、跟踪和指令的形成。目前最常用的复合寻的是射频与红外复合寻 的。因此,要在内场实验室内进行复合寻的制导系统的性能验证和评估,半实物 仿真试验是必不可少的技术途径,本文简要介绍了射频/红外复合系统半实物仿 真试验的可行的几种方法。     

混合策略制导:一种最新高性能导弹制导律

本文描述了一种制导律设计的新方法，该方法用于雷达制导导弹在末端寻的段对付具有电子抗干扰（ＥＣＭ）能力的机动目标。这种方法是以零和、完全信息微分对策公式和混合策略概念为基础的。最后证明所得到的混合策略制导（ＭＳＧ）律比任何已知制导律的性能都要好得多。     

动目标跟踪技术在制导雷达中的应用

为了降低各种地物杂波对雷达接收机工作性能的影响,提出了一种动目标跟踪方案.该方案采用单个模拟式多普勒滤波器,实现动目标提取与单脉冲跟踪兼容;动目标距离跟踪采用分裂波门技术.给出了动目标跟踪原理框图.外场试验表明,该方案是成功的.雷达各项性能达到了设计要求.