基于滤波扩张观测器的有限时间收敛制导律

为提高拦截机动目标的精度,基于滤波扩张状态观测器提出了一种考虑自动驾驶动态特性的有限时间收敛制导律.通过滤波扩张状态观测器对制导律中目标机动信息进行补偿,使导弹在拦截目标时具有更高的拦截精度.仿真结果表明,在目标机动情况下,设计的制导律能保证视线角速度在有限时间内收敛到零,拦截弹过载较小,具有较好的动态特性和鲁棒性.同时与普通的扩张观测器的估计结果相比,滤波扩张状态观测器对机动目标的跟踪效果较佳.     

交互作用的双自适应模型估计器

 通过对目标的不确定机动分析和对不确定机动的模式分类(非机动、临界机动、弱机动、强机动),建立了一种新的目标状态自适应估计器——交互作用的双自适应模型估计器。它通过具有机动识别特性的二阶自适应模型和具有机动水平特性的三阶自适应模型,以及它们之间交互作用自适应组合方式的结合,达到了跟踪估计目标各种运动的“全面”自适应能力。应用新估计器对目标的5种基本运动进行了Monto-carlo仿真。仿真表明,它具有所期望的良好性能。     

对机动目标最优拦截轨迹区域性转化的实现

本文给出一种遗传算法，可用于实现对机动目标状态群的实时估计，进而给出对机动目标拦截的全局性最优问题向拦截的区域性最优问题的转化方法。     

带异步相关噪声的战斗机蛇形机动跟踪算法

针对异步相关噪声背景下战斗机蛇形机动模式转弯角速度辨识问题,考虑到目标状态与转弯角速度之间相互耦合的特性,从联合优化的解决思路出发,基于期望最大化（EM）算法框架,提出了一种带异步相关噪声的联合估计与辨识算法。首先采用"去相关框架"解除过程噪声与量测噪声之间的相关性,从而将异步相关噪声背景下的转弯角速度辨识问题转换成具有一步状态延迟的转弯角速度辨识问题,其次通过解除目标状态与转弯角速度之间的非线性耦合关系,基于期望最大化算法实现了战斗机蛇形机动目标状态与转弯角速度的联合估计与辨识,从而获得转弯角速度闭环形式的解析解：在E-step,通过利用异步相关噪声背景下的高阶容积卡尔曼平滑器（HCKS）,获得目标状态的后验估计;在M-step,通过极大化条件似然函数,获得转弯角速度的解析解。最后通过仿真验证了所提算法的目标状态估计与角速度辨识的精度均优越于传统的扩维法。     

顺轨拦截模式剩余飞行时间估计方法

匹配顺轨和逆轨拦截模式的估计方法是精确计算剩余飞行时间(TGO)的必要条件,适用于逆轨拦截模式的TGO估计方法并不适于顺轨拦截模式。为此,针对顺轨拦截模式,分别提出了拦截机动/非机动目标的TGO估计方法。通过对线性制导方程的变形求解出了拦截弹的飞行弧长,并根据预测的碰撞点位置求得了TGO估计的解析式。该求解方法通用性强,适用于弹道成型制导律的TGO估计。以负比例(RPN)和扩展RPN(ARPN)为制导框架,与经典方法进行对比,所提出的TGO估计方法精确度高,能够有效提高导弹的制导性能。     

基于MLR的机动平台传感器误差配准算法

 基于固定平台传感器误差极大似然配准(MLR)算法,针对机动平台存在姿态角系统误差的问题,提出了对机动平台传感器系统误差和目标状态进行批处理离线估计的机动极大似然配准(MLRM)算法.该算法利用所有传感器对目标的量测值,通过把传感器量测向目标状态进行投影、对传感器系统误差和目标状态进行期望最大化迭代以及对目标的状态进行融合估计,最终实现量测、姿态角系统误差和目标状态的有效估计.仿真结果表明,该算法迭代收敛速度快,对系统误差估计精度高,对系统误差可观测性较低的配准环境的适应性强并且对传感器姿态角的相关性不敏感,具有很强的工程实用性.     

基于反预警的反拦截中段规避突防策略

为了充分挖掘多脉冲机动突防的潜力,提高弹道导弹中段机动突防能力,提出一种基于反预警的反拦截中段规避突防策略。首先,分别以脉冲点火点及点火间隔为搜索节点与步长,视敌方拦截系统为威胁源并转化为航迹规划中的约束条件,将多脉冲弹道的设计问题转化成无人机避障航迹的规划问题。然后,在综合考虑敌方探测系统延迟和拦截系统部署及性能的基础上,选取最优的脉冲点火参数。最后,研究了脉冲增量和探测系统延迟对多脉冲规划的影响。仿真结果表明:所提出的突防策略通过多脉冲机动增加敌方预测误差,使其不能收敛与准确预警,当敌方的预测误差收敛且准确预警时,导弹却处于其拦截范围之外,无法进行拦截;能根据获取的最新战场信息,在线下60s内设计出一条多脉冲突防弹道。此外,还能根据任务的需求,提高(降低)导弹的飞行高度、平均飞行速度,缩短(增加)20%~35%的飞行时间。     

利用跟踪-微分器构造机动目标估计模型

在分析目标运动特点的基础上,提出了一种新的基于跟踪-微分器的机动目标估计模型。该估计模型与卡尔曼滤波算法相结合,能够在动态过程完全未知的情况下估计出目标运动参数,且估计模型简单,物理意义明确,能够适应于目标的各种机动行为模式。仿真结果表明,具有跟踪-微分器结构的估计模型不但具有很强的适应性,而且能够获得满意的估计精度。     

增广误差模型算法在目标跟踪中的应用

针对目标机动运行过程中,滤波模型与机动状态模型失配的问题,提出了一种新的增广状态误差滤波模型。不同于现有增广方案,该模型从模型失配所致状态滤波误差的角度出发,将状态估计误差增广为一状态量,通过滤波估计后用其校正原状态量。算法分析表明,该增广滤波模型具有自适应调节多重渐消因子的等效特性,增强了对目标的跟踪能力。基于该增广状态误差滤波模型,给出了滤波算法设计并进行了仿真实验。实验结果表明,基于该模型的滤波算法在对机动目标进行跟踪时具有更强的鲁棒性。     

利用雷达数据事后确定机动式再入目标的弹道

本文研究出一种利用雷达跟踪数据事后分析确定机动式再入目标的气动参数的技术。本技术使用了加权最小二乘序贯估计器,该估计器在各批处理数据中依次步进移动。观测值为来自分布在落点附近精密跟踪雷达的角度和距离数据。用六维估计器(三维位置和三维速度)来估计再入目标自由飞行段的状态。本文还导出了两种再入估计器:第一个是七维估计器,包括六维自由飞行参数加上一个弹道系数,用来估计弹道再入段的状态,第二个是九维机动再入目标估计器,一旦有机动发生就用这种估计器。研究出一种基于测量残差监视的算法,可以自适应地从六态估计器转换成七态估计器,再到九态估计器。进行了一系列数值仿真,检验了这种技术及其编程。利用蒙特卡罗仿真验证了估计器的协方差矩阵的精度。     

Maximal admissible mode decision delay in terminal guidance

Mode decision-maker is a critical component in the logic-based Integrated Estimation and Guidance(IEG) system. For the best possible estimation and guidance performance, the mode decision delay of the mode decision-maker should be limited to a range as small as possible. This paper presents a numerical method for computing the maximal admissible mode decision delay that varies with time-to-go. Particular attention has been paid to highly maneuvering target interception in terminal guidance. The results of this research offer useful guidelines for the design of the mode decision-maker in IEG systems.     

基于自适应反演滑模的末制导律设计

针对三维导弹-目标相对运动模型,结合反演控制、滑模控制和自适应技术,设计了一种新的自适应反演滑模末制导律。针对目标机动加速度上界难以获取的问题,将目标机动加速度视作模型的干扰,设计了一种自适应律对其进行在线估计,并将估计值补偿到制导律中。运用李亚普诺夫稳定性理论证明了系统的全局渐进稳定性和误差的收敛性。仿真结果证明了所设计的自适应反演滑模末制导律对机动目标的鲁棒性和有效性。     

滚转舰炮制导炮弹的空间多约束导引与控制一体化设计

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末段,考虑攻击角、控制受限、视线（LOS）角速率测量受限等约束,提出了一种基于块动态面与扩张状态观测器（BDSESO）的多约束空间导引与控制一体化设计（IGC）方法。构建了滚转制导炮弹的空间导引与控制一体化的严块反馈串级模型,运用扩张状态观测器估计视线角速率和目标机动、建模误差、风等系统内外不确定干扰。为了在有限时间内零化视线角跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模,通过自适应动态面控制有效镇定串级系统并避免微分膨胀,引入自适应Nussbaum增益函数补偿控制受限的饱和非线性。通过Lyapunov理论证明了视线角跟踪误差、视线角速率的有限时间收敛性与全系统状态的一致最终有界性。半实物仿真实验表明：该方法使制导炮弹在打击具有不同机动形式的目标时,均具备较好的末制导性能。     

基于自适应模糊滑模退步控制的直接力/气动力复合控制导弹自动驾驶仪设计

针对直接力/气动力复合控制导弹所具有的强耦合非线性特性,提出了一种基于自适应模糊滑模退步控制的自动驾驶仪设计方法.该方法利用自适应模糊系统所具有的万能逼近特性,对大迎角飞行过程中导弹动力学方程中存在的非线性函数进行逼近,并利用变结构控制所具有对干扰的强鲁棒性,构造误差系统滑模面,克服了逼近误差和外界干扰对控制系统的影响,实现了对大机动指令的精确跟踪.仿真结果表明,所设计的自动驾驶仪对过载指令有良好的跟踪效果,对模型不确定性和外界干扰具有鲁棒性.     

Saturated super-twisting sliding mode missile guidance

This paper concentrates on developing a missile terminal guidance law against a highly maneuvering target whose maneuvering acceleration is very close to that of the missile or even exceeds the missile normal acceleration in a finite period of time. A new saturated super-twisting algorithm is proposed and applied to the design of missile guidance law. The proposed algorithm has the advantages of simple structure, easy parameter tuning rules and a full utilization of the limit control input. The designed saturated super-twisting sliding mode guidance law is then employed in a missile guidance system. Simulation and its superior performance against strong maneuvering targets is demonstrated.     

舵面损伤的气动模型及故障检测研究

针对飞机舵面损伤故障检测和诊断的气动模型和飞行状态限制，提出了在线故障模式预测方法，并使用某机的故障及正常风洞数据建立了舵面损伤非线性气动模型。最后，仿真验证了该方案的气动模型独立性、飞行状态及操纵的适应性。结果表明，该方法可提高自修复飞控系统中舵面损伤故障检测算法的适用性和工程应用能力。     

采用现在点射击方式的反舰导弹捕捉概率计算模型

采用前置点射击方式的反舰导弹,在计算射击诸元时,需要目标运动参数,但采用现在点射击方式的反舰导弹,在计算射击诸元时,不测定目标运动要素,不计算导弹自控飞行时间内目标的运动。因此,必须要建立采用现在点射击方式的反舰导弹的捕捉概率计算模型。在把反舰导弹飞向目标过程中的主要误差综合为目标指示精度和侧向偏移两类误差基础上,把目标机动范围、目标指示精度误差作为圆分布来处理,利用解析方法,建立不同误差条件下反舰导弹捕捉概率的计算模型。对高亚声速反舰导弹的捕捉概率进行了仿真,按照捕捉概率的战术标准,得到了对反舰导弹不同发射距离条件下几个参数的要求。     

火箭上面级实时自适应抗差估计算法

针对火箭上面级飞行阶段存在的慢旋特性和大推力问题,提出了一种实时自适应抗差估计算法。针对前者,将抗差理论与CKF滤波算法相结合,以提高系统的抗差性;针对后者,采用嵌入机动决策的多模态轨道确定算法,在机动时刻调整状态方差矩阵,以加快观测信息对系统状态的修正作用,减小系统状态变量估计误差。通过对某次火箭上面级的实测数据分析,表明该算法能够有效抑制测量数据质量差的问题,提高系统的跟踪性能,并对外测弹道重建具有一定的应用价值。     

Three-dimensional analysis of relationship between relative orientation and motion modes

Target motion modes have a close relationship with the relative orientation of missile-totarget in three-dimensional highly maneuvering target interception. From the perspective of relationship between the sensor coordinate system and the target body coordinate system, a basic model of sensor is stated and the definition of relative angular velocity between the two coordinate systems is introduced firstly. Then, the three-dimensional analytic expressions of relative angular velocity for different motion modes are derived and simplified by analyzing the influences of target centroid motion, rotation around centroid and relative motion. Finally, the relationships of the relative angular velocity directions and values with motion modes are discussed. Simulation results validate the rationality of the theoretical analysis. It is demonstrated that there are significant differences of the relative orientation in different motion modes which include luxuriant information about motion modes. The conclusions are significant for the research of motion mode identification,maneuver detection, maneuvering target tracking and interception using target signatures.     

Maneuvering Target Tracking in Dense Clutter Based on Particle Filtering

An improved particle filtering(IPF) is presented to perform maneuvering target tracking in dense clutter.The proposed filter uses several efficient variance reduction methods to combat particle degeneracy,low mode prior probabilities and measure-ment-origin uncertainty.Within the framework of a hybrid state estimation,each particle samples a discrete mode from its poste-rior distribution and the continuous state variables are approximated by a multivariate Gaussian mixture that is updated by an unscented Ka...