空间拦截攻击区和威胁区仿真研究

基于冲量变轨理论,建立了天基动能拦截器通过一次变轨机动拦截目标的轨道机动模型,提出了攻击区和威胁区的概念,并给出了确定攻击区和威胁区的数值搜索算法.通过仿真计算,分别对不同的拦截时间和机动能力约束条件下攻击区和威胁区进行了仿真分析,结果表明,利用本算法能够方便地得到动能拦截器的攻击区和目标的威胁区,为拦截的实现提供必要的决策条件.     

能量约束下的动能拦截弹逆轨拦截攻击区建模

针对动能拦截弹(KKV)拦截高速目标的拦截末端对抗分析问题,提出一种末端拦截弹攻击区建模方法以及目标最优规避策略。首先,通过空间几何关系推导并得出了拦截弹与目标机动范围在攻击区中的投影计算方法。以所建立模型为基础,推导捕获区与逃逸区以及界栅的计算方法,并给出了显式表达式。随后,引入燃料消耗这一能量约束条件,进一步建立考虑能量约束的攻击区计算模型。对于目标,通过对所建立的攻击区及相应的投影进行分析得到了其最优规避策略。仿真结果表明,文中所建立的模型、投影计算方法及目标最优规避策略是正确的。利用本文提出的模型,可根据末端拦截弹与目标的参数对拦截弹捕获逃逸区进行快速计算。通过对不同情况下的攻击区进行分析,可为助推火箭与拦截弹末制导交接班条件的研究提供便利。     

新型空天威胁目标防御难点及对策分析

在分析新型空天威胁目标的现状、特点及发展趋势的基础上,从预警探测、拦截打击方面分析了新型空天威胁目标的防御难点。针对这些难点,结合防御武器系统发展现状,提出了通过组网提高探测概率,运用新概念武器和通过网电空间拦截提高拦截概率的对策,最后给出了基于网络的反新型空天威胁目标的综合拦截方法。     

低轨星载拦截器对高轨卫星的拦截

本文分析了低轨星载拦截器进行轨道机动拦截高轨卫星的能力。在拦截系统分析中,威胁区、防区和拦截区是三个基本概念。本文给出了其建模及求解方法,并利用数字仿真,给出了对应于不同拦截时间的典胁威胁区、防区和拦截区。     

攻防对抗机动过载关系分析

针对攻防对抗中具有高机动性的突防弹进行机动躲闪,基于线性二次型微分对策理论,建立了攻防对抗线性化运动模型,分析了拦截弹在完全理想情况下实施有效拦截所需具备的最小过载能力与被拦截目标机动过载能力之间的关系,定量地给出了实现零脱靶拦截的对抗过载比应满足条件的解析形式。在考虑拦截弹在初始时刻零控脱靶量为零的条件下,给出了拦截区域和突防区域与对抗过载比、动力学响应时间常数比等参数的关系。通过建立双方过载对抗关系的理论,得到理论分析结果,通过减小双方初始距离或增大相对运动速度可以降低实现有效拦截对过载比的要求。     

基于任务分解的多星成像规划模型建立与求解

为解决多星成像规划模型中求解算法任务分配不合理、运算效率较低等问题,根据卫星性能指标和遥感器成像能力等约束条件,建立多星成像规划模型。求解该模型时,基于免疫算法设计任务分配方案,并基于图的最长路径算法设计单轨道圈次调度方案,使卫星能够尽可能多地对分配至该轨道圈次的点目标成像。将单轨道圈次调度结果作为反馈信息,调整任务分配方案,并通过多次迭代使得出的结果接近全局最优解。以多颗卫星对不同数量的点目标成像为条件,对模型进行测试,并与现有的规划模型对比。结果表明:文章提出的模型,能够在较短的时间内求解多星成像规划问题,得出较优的成像方案。     

作战任务对防空导弹武器系统威胁判断结果的影响分析

梳理了判断涉及的目标参数结合武器系统的作战任务需求。提出了一种根据作战任务建立威胁判断数学模型的指导方案，给出了如何应用该方案对已有模型进行改进的措施。仿真分析中对一种基于层次分析法和模糊综合决策法的空袭目标威胁评估模型进行改进，在多目标的空袭环境中演示了不同作战任务对目标威胁判断结果的影响，验证了模型的工程参考价值。     

基于零脱靶量设计的前向追踪拦截滑模制导律

在拦截高超音速目标时,传统拦截制导律要求拦截弹速度更高,由此带来拦截弹的能量和控制等诸多难题.本文设计了一种基于零脱靶量的前向追踪拦截滑模制导律,实现了低速拦截弹拦截高速目标.首先分析了前向追踪拦截模型,该模型将低速拦截弹放置在高速目标前方飞行,通过控制拦截弹的飞行方向,可以达到拦截目标的目的;然后给出了前向追踪模型下理论脱靶量在目标机动和非机动两种情况下的数学表达式;最后以目标机动情况下的理论脱靶量为滑模面,设计了一种基于滑模控制的前向追踪拦截制导律.仿真试验验证了该制导律的可行性和高精度、低过载的特点.     

考虑复合控制系统动态特性的前向拦截制导律

为满足临近空间拦截高速大机动目标的实际需求,研究了考虑直接力/气动力复合控制动态特性的前向拦截制导律设计方法。在考虑连续气动力和离散直接力特点的基础上,给出了一种在气动舵控制基础上设计连续直接力、然后通过冲量等效法进行离散化的直接力设计方法,避免了复杂的控制分配问题。根据二维前向拦截导引运动学模型和拦截导弹动力学模型,利用时间尺度分离,将拦截导弹和目标的质点运动学与加速度慢变子系统构成的动态系统,看成慢变子系统,设计了俯仰角速度指令;将俯仰角速度动态子系统看成快变子系统,通过对俯仰角速度指令的跟踪控制设计得到考虑复合控制系统动态特性的前向拦截导引律。仿真结果校验了本文方法的正确性和有效性。     

“爱国者”雷达组网对TBM目标的拦截性能分析

研究了"爱国者"导弹系统对TBM目标的拦截性能,建立了PAC-2的拦截概率模型,依据"爱国者"导弹系统的相关参数进行了仿真分析,并给出了典型弹道下的拦截性能仿真结果.     

分布式卫星系统在轨操作的多目标分配

针对空间在轨操作目标分配问题,以分布式卫星系统为研究对象,提出了一种基于粒子群算法的在轨操作多目标分配方法。以分布式卫星机动所消耗的总能量最省为目标函数,建立了在轨操作多目标分配的数学模型。基于固定时间拦截理论,以机动时刻和对应的速度增量作表征,设计实现了单颗卫星最优机动方案。通过合理设计粒子位置与目标分配解的对应关系,采用粒子群算法对问题进行了求解,并详细阐述了算法的实现步骤。算例分析结果表明,建立的模型和算法能够快速得到正确的可行解,可有效解决多约束条件下空间在轨操作的多目标分配问题。     

基于滑模控制理论的前向追踪制导律研究

高超声速目标速度快,机动性高。使用传统拦截方式对目标进行拦截的难度过高,导致拦截精度下降。为了对高超声速目标拦截具有更高的制导精度,本文采用前向追踪拦截的方式对目标进行三维动态拦截仿真。根据目标与拦截器的运动学及动力学原理建立前向追踪拦截动态模型,该模型要求将低速拦截器置于高速目标之前;设计了一种基于滑模变结构控制理论前向追踪制导律,该制导律通过控制拦截器的法向加速度控制其飞行方向,从而达到拦截的目的;分析目标机动与非机动时拦截器的动态特性,并对目标在机动与非机动时与拦截器的运动轨迹及相关参数进行仿真,仿真结果验证了制导律的可行性。     

一种空间目标异动威胁评估的贝叶斯网络模型

针对现有空间目标威胁评估方法存在的指标选取单一、可信度较差的问题，通过分析空间目标威胁特点和特征指标的依赖关系，提出一种基于贝叶斯网络的威胁评估模型，该模型融合形态异常特征、轨道异常特征、历史行为等多源信息实现对空间目标威胁程度的综合评价。模型采用模糊隶属度函数对相对速度、相对距离等连续变量进行离散化隶属度表示，利用专家知识给出贝叶斯网络节点间的条件概率表。对抵近绕飞和碰撞两种典型空间场景进行仿真验证，结果表明该模型可以较为准确地刻画空间目标的威胁程度，具有一定实际意义。     

微型卫星集群系统协同任务下的目标分配研究

微型卫星集群协同完成空间任务,是未来空间操作的重要形式,对其进行研究的重要 性日趋明显。通过对卫星集群多任务目标分配的分析,对多颗卫星拦截多个空间目标的任务 分配问题进行数学建模,然后依据轨道转移消耗能量最小以及计算时间的约束,采用基于遗 传算法的分配方法来求解,有效解决了微型卫星集群操作的多任务分配问题。
最后协同任务 算例的仿真结果表明,建立的模型和算法能够实现集群微型卫星的快速多任务目标分配,也 能够满足星上计算的时间要求。
     

基于合同网的分布式卫星系统任务优化分配研究

面向未来分布式卫星系统(DSS)自主协作运行模式,对DSS任务协作中的优化分配问题进行了分析和描述,提出了基于协商的任务优化分配体系结构,并由此给出任务组的概念,通过集覆盖理论将任务分配问题转化为集覆盖问题.从而引入合同网协议,以系统完成任务目标的总耗能最少为原则,加入限定卫星可回应任务数的约束后,提出了一种基于合同网的严格启发式优化分配算法对问题进行求解.同时,证明了算法搜索结果的上确界;分析了算法的收敛性和时间复杂度.该算法具有分布性,搜索空间缩减快,适合于中小规模问题的任务分配.     

面向拦截的高超声速飞行器轨迹预测关键技术综述

针对面向拦截的高超声速飞行器轨迹预测问题,从目标运动特性分析、机动目标跟踪和轨迹预测3个方面综述研究现状,并进行了展望.首先,建立带控制量的目标运动模型,并分析目标运动特性的研究进展.接着,分析了动力学模型、运动学模型和多模型等目标跟踪方法的研究现状及各类算法的优缺点.然后,从轨迹预测方法和轨迹预测算法综述面向拦截高超...     

空间快速拦截弹道优化设计研究

对用地基导弹拦截空间低轨目标时的弹道优化设计进行了研究。针对两级导弹,采用同面逆向拦截方式,选择合适的发射点和拦截点。建立了导弹主动段和自由段的弹道模型,对主动段飞行程序参数进行优化,在满足约束飞行程序约束条件下,用牛顿迭代法对拦截弹两点边值问题进行迭代计算,求出飞行程序的参数。仿真计算结果表明:用所提优化方法设计的弹道能满足导弹的性能要求,在飞行程序控制下可在预定时间到达预定的拦截点,实现对低轨空间目标的快速拦截。研究为导弹武器对空间目标拦截的实际应用提供理论基础。     

直接力与气动力复合控制拦截弹建模与控制

建立了大气层内直接力与气动力复合控制拦截弹的姿态运动模型,应用混杂自动机建立了拦截弹的切换模型,给出了控制系统的切换规律和直接力的控制规律。该方法反映了拦截弹在不同状态间的切换,便于拦截弹的控制,易于工程实现。仿真结果表明,该方法能够在节省使用脉冲发动机的情况下有效的实现拦截弹的姿态调整,显示了该方法的有效性和优越性。     

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。     

空间多目标拦截交会平台停泊轨道设计优化

针对空间多目标交会(拦截)平台停泊轨道设计问题,定义有效交会(拦截)区作为衡量平台交会(拦截)目标能力的指标,提出并建立了该类空间平台停泊轨道设计优化和分析模型,采用多岛遗传算法(MGA),以有效交会(拦截)区的最大化作为优化目标,以可交会(拦截)目标的数目和子飞行器轨道转移所需要的脉冲速度增量等为约束条件,对该类平台停泊轨道要素和子飞行器变轨时机进行综合设计优化。将上述模型和算法用于两空间平台设计中,一个是针对低轨2目标的交会平台,另一个是针对中轨3目标的拦截平台,得到合理的结果,表明所提出的设计优化模型以及选择的寻优算法是有效的。