高超声速巡航导弹攻防对抗仿真研究

在当前日益复杂的作战环境下,有必要对高新技术导弹武器系统进行攻防对抗研究。针对攻防对抗这一复杂的动态过程,建立了高超声速巡航导弹攻防对抗仿真体系,并在此体系框架下,分别给出了作战环境模型、结果评判模型和进攻方与防御方的交战仿真模型。根据所建立的数学模型,计算出高超声速巡航导弹的突防概率与毁伤概率,最后得到高超声速巡航导弹的作战效能。仿真结果表明,减小高超声速巡航导弹的雷达反射截面积(RCS)和增大高超声速巡航导弹的巡航速度是提高其突防效能和作战效能的重要手段。     

基于蒙特卡洛法的反舰导弹末端机动突防效果研究

为了比较反舰导弹在不同的末端机动方式下,当有舰空导弹拦截时哪种突防效果更好,从工程应用的角度出发,考虑反舰导弹受多种因素(包括干扰、建模误差、海情、不确定性等)的影响,并同时考虑舰空导弹的前置角约束和死区约束,建立了反舰导弹与舰空导弹的对抗模型。其中,反舰导弹采用的是基于过载控制方法设计的全弹道仿真模型,舰空导弹则采用三阶简化模型。根据舰空导弹初始拦截位置的不同,设定不同的初始仿真条件,在计算机上进行多次打靶,应用蒙特卡洛法分别计算反舰导弹在不同机动方式下的突防概率。仿真结果表明,在有舰空导弹拦截的情况下,反舰导弹进行螺旋机动时,其突防效果最好,摆式机动次之,然后是纵向蛇行机动,最后是航向蛇行机动,而突防效果最差的则是反舰导弹不进行末端机动。     

反舰导弹对舰空导弹的机动突防模型研究

结合现代化海战中反舰导弹与舰空导弹的对抗过程,以反舰导弹蛇行机动为例,分析了反舰导弹对舰空导弹的突防规避策略,建立反舰导弹"蛇行机动"的突防模型。通过仿真计算,对比分析了反舰导弹"蛇行机动"和传统导弹攻击的优劣,指出了"蛇行机动"对于提高反舰导弹突防概率的必要性。     

基于改进A-Star算法的隐身无人机快速突防航路规划

针对现代战争中隐身无人机（UAV）在高严密的组网雷达防御体系下的生存及突防问题,提出了基于改进A-Star算法的隐身无人机战区突防航路规划技术。首先对隐身无人机突防过程进行了分析建模,分别建立了隐身无人机的运动学模型、动态雷达散射截面特性和组网雷达探测概率的计算模型。然后针对传统算法在解决隐身突防问题时的不足,充分考虑所规划航路时的快速性和安全性要求,设计了改进A-Star算法。在算法中引入了多层变步长搜索策略和无人机的姿态角信息,结合秩K融合准则,通过每段航迹上隐身无人机被组网雷达系统的发现概率来判断新航迹点的可行性。仿真结果表明,改进A-Star算法能够在复杂的组网雷达系统下快速生成更优的战区突防航路,具有一定的应用价值。     

反舰导弹末端机动对近程反导舰炮的突防模型研究

分析了近程反导舰炮武器的工作原理以及武器系统的射击误差,依据反舰导弹突防“密集阵”系统的对抗过程建立突防模型,并对比分析了速度突防和机动弹道突防的优劣,指出了反舰导弹末端机动对于提高突防概率的必要性。     

战斗机大迎角/过失速机动下的进气道气动特性

为掌握战斗机在大迎角和过失速机动飞行时进气道的稳、动态气动特性,采用基于动态嵌套网格的非定常雷诺平均Navier-Stokes （URANS）方程和大迎角风洞试验方法对某战斗机进行了研究,并通过大迎角和过失速机动飞行试验进行了验证。结果表明：大迎角稳态下进气道气动性能随迎角增大逐渐降低,天地相关性吻合良好,而计算仿真和飞行试验均捕捉了眼镜蛇机动下进气道的非定常迟滞效应。通过研究获得了战斗机在大迎角和过失速机动下的进气道气动特性,建立了过失速机动下进气道非定常非线性特性问题的研究方法。     

变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

为提高高超声速变质心再入弹头的突防能力,设计了一种基于主动螺旋机动的突防弹道。在建立变质心弹头动力学模型和弹目运动学模型的基础上,引入新的控制变量,通过控制质量块的偏移位置,将速度矢量和弹目连线的夹角控制在固定值并且使速度矢量绕弹目连线以一定转速旋转来实现螺旋机动。在实现螺旋机动的基础上,推导了弹体处于螺旋机动状态下的螺旋机动半径和稳态脱靶量均方根的解析解。六自由度弹道仿真表明,所设计的突防方案使再入弹头能够进行有效的螺旋机动,通过合理控制机动幅度大小,可以在实现螺旋机动突防的同时保证较高的命中精度。     

基于动态贝叶斯网络和模糊灰度理论的飞行训练评估

针对战斗机飞行训练中的评估问题,提出了一种基于动态贝叶斯网络和模糊灰度理论的评估方法。首先,分析了训练过程中典型飞行参数与机动动作的因果关系,根据专家经验与先验知识构建基于动态贝叶斯网络的机动动作识别模型,推理得到战斗机机动动作识别结果。然后,建立战斗机飞行训练评估指标体系,根据战斗机机动识别结果选择飞行训练评估指标,并采用综合赋权法确定了指标权重。最后,建立灰度模糊评估矩阵,结合飞行训练过程中各评估指标的飞行数据得到评估结果。实验结果表明该评估方法能够根据飞行过程中的参数信息进行机动动作识别及飞行训练评估,提高了飞行训练评估的效率。     

从探测概率的角度评价飞机的隐身性能

采用雷达散射截面(RCS)均值来衡量飞机的隐身性能并不能给出足够充分的信息,从信号检测概率的角度来衡量飞机的可探测性可以提供更完整的信息。本文从探测概率的角度详细分析了4种典型隐身飞机RCS起伏数据与虚警概率、探测概率、探测距离、信噪比(SNR)等参数间的关系,并给出了完整的推导过程,采用此方法可以对任意飞机目标在给定雷达参数下的可探测性进行准确计算。一般在雷达性能评估中需要用到RCS起伏模型,本文对飞机目标回波信号进行检测分析时采用数值计算方法,信号的概率密度函数(PDF)直接来源于原始回波起伏信号,避免了模型拟合带来的回波特性失真,且不会产生大的计算误差。通过对比分析计算结果发现:单脉冲检测下回波信号均值中值比越大,回波取值范围越小,则信号的检测概率越小,其中均值中值比一般相差3倍以上时可以得到明显不同的检测概率;在快起伏假设下,非相参积累检测的积累脉冲数Nin即便较小,也能得到较大的信噪比增益,此增益可能大于Nin。     

基于最优控制的高速飞行器突防技术研究

以空战飞机突防为背景,基于最优控制对高速飞行器的突防技术进行研究。分别建立了高速飞行器运动模型、拦截弹运动模型和相对运动模型。为了实现突防,设计高速飞行器和拦截弹的视线角速率在某一时刻趋于无穷大,并将此作为终端约束;考虑高速飞行器控制能量最小,建立性能指标函数,基于最优控制理论设计突防制导律。仿真结果表明,采用最优突防制导律的高速飞行器能够突破防御弹的拦截,且控制能量要小于蛇形机动和方波机动突防策略所需的控制能量。     

Influence of stealth aircraft dynamic RCS peak on radar detection probability

For modern stealth aircraft, it is important to analyze the influence of Radar Cross Section (RCS) peak exposure on penetration for guiding stealth design and penetration trajectory planning, which needs to reflect the RCS statistical uncertainty and the RCS difference with the change of incident angle. Based on the RCS characteristics of typical stealth aircraft, this paper established a simplified RCS dynamic fluctuation statistical model with the parameters log mean and log standard deviation. According to the detection probability algorithm in radar signal processing field, this paper built the algorithm of radar detection probability based on the RCS dynamic fluctuation statistical model. The analysis of examples concluded that the key to successful penetration is to shorten the RCS peak exposure time, which can be reduced by decreasing the RCS peak width or increasing velocity. Based on the conclusion, this paper proposed the method of turning maneuvering to reduce RCS peak exposure time dramatically.     

Numerical simulation of RCS for carrier electronic warfare airplanes

This paper studies the radar cross section(RCS) of carrier electronic warfare airplanes.Under the typical naval operations section, the mathematical model of the radar wave’s pitch angle incidence range analysis is established. Based on the CATIA software, considering dynamic deflections of duck wing leading edge flaps, flaperons, horizontal tail, and rudder, as well as aircraft with air-to-air missile, anti-radiation missile, electronic jamming pod, and other weapons, the 3D models of carrier electronic warfare airplanes Model A and Model B with weapons were established. Based on the physical optics method and the equivalent electromagnetic flow method, by the use of the RCSAnsys software, the characteristics of carrier electronic warfare airplanes’ RCS under steady and dynamic flights were simulated under the UHF, X, and S radar bands. This paper researches the detection probability of aircraft by radars under the condition of electronic warfare, and completes the mathematical statistical analysis of the simulation results. The results show that: The Model A of carrier electronic warfare airplane is better than Model B on stealth performance and on discover probability by radar detection effectively.     

隐身技术对飞机作战效能影响研究

采用较完善的飞机，火控和武器系统模型以及详实的数据，应用分布式仿真原理的可视化仿真平台，进行了隐身飞机对实规第三代战斗机作战效能的仿真研究以及常规第三代战斗机采用隐身技术降低RCS指标后对作战效能的影响研究，仿真结果表明，未来的隐身飞机较常规第三代战斗机在 超视距作战中具有相当大的优势，第三代战斗机采用隐身技术降低RCS指标后可以提高其超视距作战能力。     

基于深度确定性策略梯度算法的战机规避中距空空导弹研究

飞机规避中距空空导弹的逃逸机动策略对于提高战斗机的生存力至关重要。针对深度确定性策略梯度算法训练智能体学习飞机规避导弹的逃逸机动策略进行研究。以飞机导弹相对态势参数等作为智能体的输入状态,飞机控制指令作为智能体的输出动作,导弹飞机追逃模型作为智能体的学习环境,设计由相对态势和飞行参数构成的成型奖励以及由交战结果组成的稀疏奖励,实现从状态参数到控制量端到端的逃逸机动策略。通过与四种基于专家先验知识的典型逃逸机动攻击区仿真验证对比,结果表明：智能体实现的逃逸策略攻击区仅次于置尾下降攻击区,该策略对飞机规避导弹先验知识的依存度最低。     

基于Agent理论的飞机敏感性评估方法

在以信息战为核心的现代战争中,各机种、多平台之间的信息交互成为影响战争结果的关键因素。因此进行飞机敏感性设计时,应当置于信息对抗的环境中并考虑信息交互过程。本文阐述了网络中心战的理论,建立了基于Agent理论的战场模型以及飞机对抗模型,通过对Agent对抗过程中的3个阶段（探测阶段、信息交互阶段、作战阶段）进行建模仿真,研究了预警机探测能力、飞机雷达散射截面（RCS）、信息传输时延和红外电子对抗能力等因素对飞机敏感性的影响,得到了雷达特征参数、飞机RCS与探测概率之间的关系,传输时延与先敌发射概率之间的关系,以及红外干扰弹的最优发射区间,为飞机的敏感性设计提供了一定的依据。     

航迹规划中雷达探测空间的生成

从飞机突防习行任务规划出发，综合考虑地球曲率、陆地（或海洋）的反射和杂波干扰、大气折射和吸收损耗等因素的影响，采用临界散射截面法生成了对空警戒雷达在不同地貌、发现概率下，对不同雷达散射截面的目标的探测空间。计算并分析了飞行高度、目标雷达散射截面、发现概率和地貌等因素对雷达探测空间的影响，以便选择低探测概率的飞行走廓，这对制定和实施安全突防飞行策略有实际意义。     

智能蒙皮飞行器的飞行控制研究

将嵌入大量微致动器元件的智能蒙皮应用于飞行器,以增强或替代传统的控制面来产生控制力矩,使飞行器稳定并能进行机动飞行。以无尾飞行器为例,推导了其动力学模型,并设计了状态反馈控制器。仿真结果表明,所讨论的智能蒙皮对机动要求不大的无尾飞行器具有足够的控制能力。     

虚拟多触角探测的高超声速滑翔飞行器再入机动制导

针对高超声速滑翔飞行器再入过程中面对的多约束问题，提出一种基于虚拟多触角探测的路航点规划机动制导策略。该机动制导策略通过飞行器最大转弯轨迹计算速度-剩余地面距离-航向角约束，在分段定点模式中发出多条粗略预测触角，引用触角末端反馈的信息计算优先级以确定临时路航点；同时在机动制导模式中发出精细探测触角，计算触角末端信息优先级，经倾侧角延时滤波器得出控制指令，对飞行器进行机动制导。基于多触角探测的路航点规划机动制导策略，降低了三触角机动制导方法中的计算时间；同时，4种典型禁飞区条件下的仿真结果表明，该策略能够有效稳定地解决机动制导过程中的多约束问题。     

基于低可探测性的参考航迹规划

根据分层规划思想,确定参考航迹是进行航迹规划时首先要解决的问题。在充分考虑雷达探测的各种环境因素及飞行器RCS方位分布特性的基础上,将雷达对目标发现概率作为参考航迹的一个重要评价指标,基于自适应进化算法,采用新的遗传算子,最终生成综合考虑雷达威胁和飞行距离的参考航迹。结果表明,该航迹规划模型能根据对低可探测性和航程的不...     

战斗机推力矢量关键技术及应用展望

战斗机推力矢量技术可极大地扩展战斗机使用包线,提升飞行安全性,增强飞机作战能力,是航空领域的重要关键技术,是先进战斗机的典型标志之一。该技术涉及气动、进排气、发动机和飞行控制等多个领域,其综合实现是一项跨领域、紧耦合、高风险的系统工程。本文回顾了战斗机推力矢量技术的发展历程,分析了关键技术体系,结合中国首架轴对称推力矢量验证机的工程实践,阐述了大迎角内外流气动设计、推力矢量发动机、综合飞/发控制和战斗机过失速机动飞行验证等关键技术,展望了推力矢量技术对作战效能的贡献及未来的应用方向。