基于UKF的实时弹道解算参数稳健设计

在基于UKF(Unscented Kalman Filter,无迹卡尔曼滤波)的实时弹道解算应用中,外部环境不稳定的影响以及观测过程中野值的存在,使得基于经验参数设置的滤波易于发散.因此,需要针对指定型号调节和设置滤波器参数的取值,使其克服上述现象.针对这一问题,提出了基于理论弹道先验的参数稳健设计方法,对滤波器参数最优值进行预测.从滤波器的架构出发,梳理出影响滤波器性能的相关参数,结合稳健设计思想,外设计部分基于理论弹道先验信息,通过模拟弹道特征点构造弹道观测模型;而内设计部份,构造模型的测元数据进行正交试验,判断参数的显著性,获取相应的最优参数取值,从而为实时解算弹道的参数设置提供指导.实际数据试验结果表明,该方法可显著提高滤波器的实算稳健性和收敛性能.     

基于欧拉角的炮弹位姿参数光学测量解析算法

炮弹空间位置和姿态参数的解算是研究其飞行弹道特性和弹道控制的非常重要的内容。利用4个已知空间坐标的非共面控制点,通过建立控制点的过渡坐标系,提出了一种基于单目视觉,采用欧拉角直接参与计算的炮弹位姿参数的测量方法,建立了位姿参数测量的误差修正模型。最后对该算法进行了完整的数学仿真。仿真结果表明,该算法简单有效且稳定,能满足位姿参数测量的精度要求。     

利用导弹制导误差补偿规律修正不完全弹道测量的数据融合技术

论述不完全弹道测量的数据融合处理问题。在惯性器件天地关系一致的前提下,导弹惯性器件误差补偿量变化规律,就反映了飞行中制导工具误差的变化规律,即遥外差的变化规律。因此,可以利用补偿量视速度的变化规律约束条件,内插出不完全测量段落的遥外差数据,在建立节省参数的弹道估计的联合模型基础上,融合少量的高精度测元来解算弹道参数。落点验算表明：利用该方法计算的落点接近实际落点。     

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。     

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。     

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。     

基于动力学模型的再入弹道估计方法研究

对再入飞行器进行跟踪,获取目标弹道的精确估计具有十分重要的现实意义。飞行器在再入段的弹道可用较为精确的动力学模型描述,并利用UKF对目标的弹道进行估计,与3RR.几何法解算结果进行比对。仿真结果表明,对于弹道式再入飞行器,基于BRV-Exp模型的弹道估计精度比3RR.法具有明显改善;对于机动式再入飞行器,基于MRV-Wiener模型的估计精度只是略微优于3RR.法的弹道估计精度。     

基于数据库的助推滑翔导弹助推段弹道诸元快速解算方法

针对助推滑翔导弹快速发射的任务需求，提出了一种基于诸元数据库的助推段弹道诸元快速解算方法。首先，利用滑翔段弹道解析估算，得到影响射程的助推段终端参数。然后，对助推段终端空域进行网格化剖分，针对每个高度速度特征点，利用牛顿迭代法对弹道诸元进行解算并形成诸元数据库。最后，基于诸元数据库利用临近点双线性插值方法计算弹道诸元并开展了仿真验证。结果表明，所提方法在保证良好精度的同时可以大大缩短弹道诸元计算时间，从而提高弹道设计的效率。     

舰空导弹协同制导交接班形势判断

根据垂直发射舰空导弹的弹道特性和制导特性,将舰空导弹的弹道分为无控段、转弯段和制导段,分别建立各段弹道的解算模型。在此基础上,给出了舰空导弹协同制导作战条件下交班点位置以及到达交班点剩余时间的计算方法。仿真结果验证了所建立的运动学弹道模型以及交接班形势判断方法的正确性与适应性。     

基于测量方案的光电经纬仪布站优化模型

高精度实时外测数据是实施安全控制和数字引导的重要信息源,而布站几何对外测系统的精度有重要影响。为提高光电经纬仪的实时弹道解算精度,本文提出一种基于测量方案的布站优化模型。通过直接建立实时测量方案和布站模型之间的关系,提高实时测量精度和减小方案间的精度差异。采用高效的多目标寻优算法获得了最佳布站方案。常规布站优化模型结果比较,该优化模型的实用性强,能够显著提高实时弹道的解算精度。     

海上移动测站精度估算方法研究

海上测量是在复杂的动态条件下进行的,测量船外测数据中融入了更多影响数据精度的因素,数据测量结果非常复杂。本文在系统分析测量船误差影响因素的基础上,建立了航天测量船外测数据精度估算模型,据此分析研究了影响测量船外测精度的主要误差因素,并针对主要误差源提出了进一步提高船载设备精度的途径。     

基于外测弹道数据的后效误差分析及折合

本文提出了一种利用外测弹道数据特性判断后效段时间,进行后效误差分析的方法。在后效误差分析的基础上,将试验外测弹道后效段速度参数的变化量从发射坐标系转换到弹体系下,直接转化为折合弹道的速度变化量,由此可进行后效误差折合。     

数值法修正雷达高仰角动态滞后误差研究

脉冲雷达在高仰角跟踪过程中存在不容忽视的动态滞后误差,该类误差的存在严重影响到雷达数据处理和弹/轨道精密确定。目前外测数据处理领域采用的基于误差电压和定向灵敏度的动态滞后误差修正模型,修正效果不理想。本文提出了一种用数值法修正雷达高仰角动态滞后误差的方法,并用任务实测数据进行了模型验证,结果显示这种方法能有效地降低动态滞后引起的误差。     

基于HP-RPM的高超声速滑翔飞行器轨迹优化

针对含有航路点、禁飞区约束的再入突防轨迹优化问题,提出了基于HP自适应Radau伪谱法(HP-RPM)的分段轨迹优化策略,给出了在含有热流密度、过载、动压、航路点和禁飞区等约束条件下的再入轨迹优化模型;利用HP-RPM对含有再入的最优控制问题进行离散化,将其转为非线性规划问题,并根据航路点所在的位置,对再入轨迹进行分段,以再入滑翔飞行的时间最短为仿真目标函数进行仿真计算。仿真结果表明,此方法可以生成一条满足多种约束条件的高精度优化轨迹,并且用时较短。     

快速模型预测控制用于微型直升机航迹跟踪

为实现微型共轴无人直升机(MCUH)的航迹跟踪,考虑系统的状态和输入约束,利用非线性模型预测控制(NMPC)技术设计一种快速在线的控制器。首先,简化MCUH的非线性模型,利用系统的微分平坦特性生成满足直升机动力学的可行航迹,沿着该航迹对系统进行线性化,得到近似直升机非线性动力学的线性时变(LTV)模型。然后,将传统输出航迹跟踪NMPC问题转化为LTV-MPC优化问题,降低问题的复杂度,为确保航迹跟踪误差系统的指数渐近稳定,分别设计终端域和终端罚值。最后,通过数值仿真,验证快速在线NMPC策略的可行性。结果表明:设计的预测控制器误差控制精度高、求解速度快,可实现对有约束的时变航迹的跟踪。     

拐点平滑滤波技术研究

提出了滤波算法的一种新的有效点判断原则，即拐点平滑法；介绍了该技术的数学模型及滤波原理；通过仿真计算，探讨了应用该判据时滤波半径、拟合阶次等滤波参数对位置参数滤波结果的影响情况，并进行了实测数据解算。该判据在中心平滑算法的最佳应用条件下，综合考虑了截断误差，提高了飞行器位置参数的滤波精度，尤其适用于加速度剧烈变化的飞行轨迹。     

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。     

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。     

基于配点法的轨道在线优化方法研究

针对传统轨道优化方法无法应用于轨道在线优化的问题,提出了三阶辛普森配点法结合乘子法求解轨道在线优化问题的方法.首先建立变轨的最优化模型;然后,用三阶辛普森配点法将该最优控制问题转化为受约束的非线性规划问题;最后,采用增广拉格朗日乘子法对转化得来的受约束的非线性规划问题进行求解.仿真结果表明,所提出的方法可以得到高精度的轨道优化结果,并且对状态量和控制量的初值选取不敏感,且仿真具有实时性,计算速度快,可以达到在线进行轨道优化的要求.     

基于Radau伪谱法的无人作战飞机四维轨迹规划

针对无人作战飞机(UCAV)打击时敏目标和多机协同攻击问题,提出一种基于Radau伪谱法(RPM)的无人作战飞机四维攻击轨迹规划方法。在综合考虑UCAV气动力特性、大气环境特性基础上建立了高精度UCAV(3-DOF)质点模型,并设计了约束条件和目标函数;基于动态RCS建立威胁模型,构建了最优控制理论框架的UCAV四维攻击轨迹规划模型;通过RPM将动态RCS威胁下的四维攻击轨迹规划问题转换为非线性优化问题,然后利用SNOPT软件包进行求解。仿真结果表明,该方法能够以较快的速度和较高的精度生成满足多种复杂约束条件的四维攻击轨迹。