弹道目标中段平动补偿与微多普勒提取

弹道目标高速平动会使微多普勒产生平移、倾斜和折叠,必须进行补偿处理。针对弹道目标中段平动补偿问题,本文提出了一种基于多普勒极值点信息的平动参数提取和平动补偿方法。通过将平动近似为多项式描述,将微动等效为锥旋运动,推导了瞬时多普勒极值点与多项式参数和微动参数的关系。在此基础上,利用最小二乘参数辨识方法估计了平动参数,实现了平动补偿和微多普勒的高精度实时提取。仿真实验验证了本文算法的有效性。     

基于一维距离像序列的空间弹道目标微动特征提取

弹道导弹的空间微动特性是中段空间弹道目标识别的重要依据之一.以一维距离像序列为研究对象,首先利用距离像散射中心位置加权、纵向积累估计空间锥体进动目标的进动周期,然后基于广义Radon变换提取空间锥体目标散射中心位置变化曲线,并根据获得的曲线参数估计得到空间进动角,最后给出了基于广义Radon变换的散射中心位置估计新方法.仿真实验验证了所提算法的有效性.     

中段弹道目标微动特性仿真分析

对弹道目标进行运动特性建模分析是高分辨逆合成孔径雷达(ISAR)成像中运动补偿及成像时间段选取的关键。结合弹道目标中段飞行的轨迹特点和速度特征,采用坐标变换的方法对中段弹道目标的运动参数和雷达视线入射角的变化进行推导计算,探讨中段弹道目标在雷达视线方向相对雷达的运动规律,并分析目标微动特性对雷达视线入射角的影响。仿真结果表明,在成像积累时间内无机动轨道的弹道目标到雷达的径向距离接近等速变化,且目标的进动特性会带来目标自旋轴与雷达视线夹角成正弦周期性变化。     

一种改进的空间目标高速运动补偿方法

空间目标的高速运动会使得一维距离像产生畸变,因此高速运动补偿是空间目标高分辨雷达成像的关键步骤。基于线性调频信号模型,研究了高速运动对一维距离像产生的畸变影响,并通过定义一维距离像熵函数,将黄金分割优化搜索理论引入本文,提出一种实用高效的高速运动补偿方法,并将该方法移植到雷达信号处理机上,对大量实测高分辨雷达空间目标数据进行了处理。结果表明本文方法有效地补偿了高速运动对空间目标高分辨成像的影响,使得空间目标高分辨成像质量有了较大提高;且该方法计算量不大,满足实时ISAR成像的要求。     

空间目标双基地ISAR一维距离像速度补偿方法

空间目标的高速运动会造成双基地ISAR一维距离像的畸变,针对此问题,研究了相应的速度估计与补偿方法。基于中频直接采样匹配滤波非相参双基地ISAR成像系统,首先研究了高速运动对双基地ISAR成像的影响,其次利用雷达基带回波具有的稀疏性,构造出与高速运动目标回波特性相匹配的冗余基并对其进行稀疏分解,然后据此估计出回波的调频斜率,进而估计出目标的无模糊速度,最后构造补偿相位项完成对宽带回波的速度补偿。算法补偿精度高,且无测速模糊,空间目标理想散点的仿真实验验证了补偿方法的有效性。     

地月平动点小推力多目标交会任务设计与分析

针对未来地月空间中平动点周期轨道上的多航天器在轨服务需求,首次探讨了平动点附近的小推力多目标交会问题。首先,建立了多目标交会的混合整数规划模型。其次,给出了周期轨道上小推力航天器交会轨迹的求解流程,并提出了一种基于截断策略的平动点交会轨迹数据库生成方法;在该方法的基础上,结合改进蚁群算法（ACO）和遗传算法（GA）分两阶段优化,获得最优的交会序列和交会时间。最后,将上述方法应用于对称南北Halo轨道上均匀分布的多颗卫星交会任务的算例仿真。研究结果不仅表明截断策略能够在保证求解结果最优性的前提下降低数据库体量和生成耗时,还揭示了交会优先级与目标相位差之间关系,为未来平动点航天器的在轨服务规划及在轨组装等任务提供技术支撑。     

机动目标一维距离像的展宽与补偿分析

大加速度机动目标的宽带一维像会产生模糊,只有速度补偿很难很好地改善成像效果。针对机动目标一维距离像展宽和补偿进行研究,给出了机动目标宽带脉冲回波信号模型,提出了展宽系数来衡量频谱展宽,然后定量分析了目标运动速度和加速度对测距和展宽的影响,最后给出了速度和加速度补偿方法和机动目标测距表达式。实验结果表明速度和加速度补偿方法很好地解决了目标机动频谱展宽。     

SAR图像目标峰值特征提取与方位角估计方法研究

目标峰值特征是SAR图像目标识别的重要特征之一。峰值特征提取是SAR图像目标识别的一个重要步骤，为了由SAR图像快速、精确地提取目标峰值特征．本文首先研究了SAR图像目标峰值特征提取方法，提出了一种“子像素”级精度的SAR图像目标峰值特征提取方法．并通过仿真实验分析了峰值位置、峰值幅度的估计精度。由于目标SAR图像或SAR图像特征矢量对目标方位角变化的敏感性，因此，为了提高SAR图像目标识别系统的分类效率，本文还研究了SAR图像目标方位角估计方法，提出了一种利用峰值特征基于线性回归的sAR目标方位角估计方法，和现有方法相比，该方法除了计算速度快，估计精度较高之外，还能在估计方位角的同时，给出该估计的置信区间，从而更好的满足SAR ATR的实际需要。文中通过对大量实测MSTAR SAR图像目标方位角的估计实验，验证了本文目标峰值特征提取及方位角估计方法的有效性。     

多尺度搜索补偿的临近空间高超声速目标相参积累算法

针对临近空间高超声速目标回波信号相参积累时存在的跨距离门和多普勒扩展问题,提出一种基于多尺度搜索补偿的相参积累算法。算法在距离走动补偿的基础上,根据目标加速度和加加速度的变化区间,同时对目标加速度和加加速度估计值进行搜索,并利用多尺度搜索的方法,解决搜索尺度和搜索计算量之间的矛盾,完成相参积累。仿真结果表明,算法能够有效解决目标长时间积累过程中存在的跨距离门和多普勒扩展问题,抑制噪声并提高增益,积累效果明显优于传统积累方法。     

步进频雷达目标ISAR成像运动补偿新方法

分析了基于步进频ISAR运动目标的回波信号模型,讨论了目标运动对成像的影响,指出了当目标运动速度不可忽略时会造成高分辨距离像的移位和畸变,并使二维像散焦。提出了一种基于高斯包络线性调频信号自适应分解及高分辨距离像最小熵方法的运动补偿算法,利用高斯包络线性调频信号自适应分解得到回波多普勒调频率和目标运动速度,并用高分辨距离像最小熵方法提高估计精度,然后进行运动补偿。该算法具有计算量小,精度高的特点,仿真结果验证了它补偿效果好,能获得清晰的ISAR像。     

通信拓扑切换下的多飞行器协同拦截方法

针对通信拓扑切换条件下的多飞行器协同拦截问题,提出了一种基于扩张状态观测器的协同制导方法。建立协同制导设计模型,将协同拦截问题转换为视线稳定条件下的剩余飞行时间调节问题。为解决机动目标状态不确定的问题,将目标的状态视作扰动,设计扩张状态观测器来估计机动目标的状态,并在制导律中对目标的机动进行补偿。利用有限时间一致性理论进行一致性控制协议的设计,实现各飞行器剩余飞行时间的有限时间一致,并利用Lyapunov稳定性理论分析通信拓扑切换情况下闭环系统的有限时间稳定性,给出了系统一致收敛时间。仿真结果表明,在通信拓扑变换的情况下,设计的观测器能够有效估计目标状态,且协同制导律能够满足对剩余飞行时间的控制要求,进而实现协同拦截。     

改进布谷鸟搜索算法优化支持向量机的MEMS陀螺温度零偏补偿

针对微机械陀螺零偏受温度影响较大的问题,提出一种改进布谷鸟搜索算法(CS)和支持向量机(SVM)相结合的陀螺零偏温度补偿方法。首先,将平滑处理后的陀螺数据作为样本点,采用基于径向基核函数的支持向量机方法构建漂移模型,把数据从低维空间映射到高维空间进行线性拟合。然后,利用改进布谷鸟算法对支持向量机的惩罚参数、核函数参数以及不敏感系数进行优化,避免了人为选择参数的盲目性且提高了建立模型的精度。实验结果表明：经CS调节支持向量机算法补偿后,陀螺输出精度更高。与最小二乘分段拟合方法、BP神经网络方法相比,陀螺输出数据方差分别平均减小了63.2%、43.4%,最大误差分别平均减小71.63%、48.3%。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

采用单目视觉的非合作目标星状态估计

针对微小卫星逼近观测未知的空间翻滚非合作目标星任务,提出一种基于单目视觉的目标星相对状态估计方法。在建立追踪星/目标星相对运动模型的基础上,以单目相机识别并测量获得的目标星固有特征的像素位置为观测输入,通过扩展卡尔曼滤波算法实现对目标星相对位置、相对速度、相对姿态、角速度、惯量比和特征位置等状态的估计。仿真结果表明,该方法能够很好地实现对未知非合作目标星的相对状态估计,姿态估计误差小于2°,位置估计误差小于0.1 m,特征点位置平均估计误差小于0.04 m。     

视觉导引受限下空间绳系机器人最优逼近控制

针对空间绳系机器人对目标逼近过程中单目视觉视线角约束和导航信息不全问题,首先建立空间绳系机器人系统动力学模型。然后考虑抓捕器视线角约束,采用高斯伪谱法对空间绳系机器人逼近任务姿轨轨迹进行一体规划。同时设计无需相对目标距离的闭环控制器实现对空间绳系机器人最优姿轨轨迹进行跟踪控制。仿真结果表明,该方案能够克服视觉导引受限的影响,实现空间绳系机器人对位姿最优轨迹的精确跟踪。     

临近空间高超声速滑翔弹双通道跟踪算法

为了提高临近空间高超声速滑翔目标的跟踪精度,提出了一种双通道并行跟踪算法。首先对比分析了目标的弹道轨迹,目标角度域参数相比位置域参数存在更显著的变化规律,为了在雷达测量直角坐标系下跟踪,采用倾角和方位角代替航迹倾角和航向角,将倾角变化率和方位角变化率描述成零均值正弦自相关随机过程,分别建立了纵向通道和横向通道的角度域模型。然后将目标轨迹分解到纵向观测平面和横向观测平面,通过量测数据预处理、双通道并行滤波、输出状态合并,实现目标的三维跟踪。最后通过仿真实验设置了算法中两个通道的机动模型的参数,分析了过程噪声对跟踪精度的影响,仿真结果表明,与现有的临近空间高超声速目标跟踪算法相比,该算法具有较高的跟踪精度。     

旋转非合作目标相对状态的解耦估计方法

针对在轨旋转非合作目标相对状态估计中关于几何结构及惯量参数先验信息未知的问题,提出一种以双目相机对目标特征点的投影作为测量值的解耦估计方法,实现旋转非合作目标相对状态的估计。首先,建立非合目标的动力学模型和目标特征点的运动模型;其次,为避免由目标特征点与目标质心相对位置不确定引起滤波性能降低的问题,建立相对特征的运动模型及投影模型,对旋转运动和平移运动进行解耦;最后,设计相应的滤波器对非合作目标的相对状态进行估计。仿真结果表明,提出的解耦估计方法能够有效地估计出非合作目标的相对状态。     

拦截高速目标的比例与反比例导引捕获区分析

针对拦截高速目标的作战特点,分析了比例导引(PN)与反比例导引(RPN)的捕获区。首先,通过分析拦截弹与目标的相对运动关系,推导得到了顺轨和逆轨的零控拦截条件,此条件由目标和拦截弹的速度前置角以及二者速度比确定;其次,以拦截弹和目标速度前置角为坐标系,推导得到了PN以及RPN捕获区以及各自导航比设置范围。PN的捕获区由逆轨零控拦截条件以及与其相切且斜率为1/(N-1)的两条直线构成,RPN的捕获区由顺轨零控拦截条件以及与其相切且斜率为1/(-N-1)的两条直线构成;然后,利用函数对称性将PN与RPN捕获区转换到同一坐标区间,得到了相同条件下RPN捕获区要大于PN捕获区的结论;最后,开展了四种情形下的仿真,验证了本文捕获区分析的合理性及有效性。     

有向拓扑下无径向速度测量的多导弹协同制导

针对多枚导弹在平面内从各自期望的方向同时击中移动目标问题,提出一种有向通信拓扑下无需导弹-目标径向速度测量且带视线角约束的分布式有限时间协同制导律。基于平面内导弹-目标相对运动方程建立带视线角约束的多导弹协同制导模型。基于二阶多智能体协同控制理论设计了视线方向上的制导律,可保证有向拓扑下多导弹的打击时刻在有限时间内达到一致。基于齐次系统稳定性理论和积分滑模控制理论设计了视线法向方向上的制导律,可保证多导弹击中移动目标且视线角在有限时间内收敛到期望值。仿真校验所设计的协同制导律在理想条件下可使有向拓扑下的多导弹从各自的期望方向同时击中移动目标。