【摘要】：隨著現(xiàn)代航空制導(dǎo)技術(shù)的不斷進(jìn)步,大機(jī)動(dòng)目標(biāo)的精確攔截已顯現(xiàn)出日益迫切的應(yīng)用需求。本文研究緊密結(jié)合相關(guān)應(yīng)用背景,針對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)在大機(jī)動(dòng)目標(biāo)攔截中存在的缺陷,以決定制導(dǎo)精度的末制導(dǎo)過程為研究對(duì)象,以集成雷達(dá)特征信息到導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為主要技術(shù)途徑,研究基于雷達(dá)特征的快速實(shí)時(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式辨識(shí)技術(shù)、特征輔助的狀態(tài)估計(jì)與混合制導(dǎo)技術(shù),從而改善現(xiàn)有制導(dǎo)回路對(duì)目標(biāo)機(jī)動(dòng)的響應(yīng)速度并實(shí)現(xiàn)分離原理不成立時(shí)的次優(yōu)制導(dǎo)性能,以適應(yīng)不同應(yīng)用背景下大機(jī)動(dòng)目標(biāo)精確攔截的需要。緒論部分首先分析了大機(jī)動(dòng)目標(biāo)精確攔截的重要意義,指出現(xiàn)有導(dǎo)引系統(tǒng)存在的幾點(diǎn)問題;然后根據(jù)分離定理是否成立,對(duì)現(xiàn)有估計(jì)器與制導(dǎo)律設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀作了全面梳理;針對(duì)現(xiàn)有研究中面臨的主要困難,提出了本文的研究思路和主要解決的幾個(gè)問題;最后介紹了本文的研究工作安排。第二章研究了如何評(píng)估集成特征給末制導(dǎo)系統(tǒng)帶來的性能提升問題。首先,給出了特征輔助末制導(dǎo)攔截系統(tǒng)的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)可觀測(cè)性的物理概念和可觀測(cè)性分析的基本原理;其次,結(jié)合背景對(duì)現(xiàn)有可觀測(cè)性分析方法的合理性進(jìn)行分析,指出其存在的局限性;在此基礎(chǔ)上,提出了基于奇異值分解的特征輔助末制導(dǎo)系統(tǒng)可觀測(cè)性分析方法。該方法綜合考慮了系統(tǒng)可觀測(cè)性矩陣的特征值、觀測(cè)量導(dǎo)數(shù)的最高階數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)量級(jí)等多個(gè)因素,可以清晰地判斷出系統(tǒng)的哪些狀態(tài)量或狀態(tài)量組合的可觀測(cè)度在集成特征觀測(cè)后得到了提升,為后續(xù)特征選取、目標(biāo)加速度估計(jì)等研究提供了理論依據(jù)。第三章研究了彈目相對(duì)姿態(tài)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式的相關(guān)性問題。從傳感器坐標(biāo)系與目標(biāo)體坐標(biāo)系間的關(guān)系入手,首先,給出了尋的傳感器系統(tǒng)的基本模型,定義了傳感器坐標(biāo)系與目標(biāo)體坐標(biāo)系間的姿態(tài)角和相對(duì)角速度;其次,以相對(duì)角速度為彈目相對(duì)姿態(tài)的表征量,分別分析了目標(biāo)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)、繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)以及彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)其影響,推導(dǎo)了不同目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式下的相對(duì)角速度表達(dá)式;進(jìn)而討論了相對(duì)角速度的大小和方向與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式的關(guān)系,說明不同運(yùn)動(dòng)模式下彈目相對(duì)姿態(tài)存在明顯差異,這是利用特征進(jìn)行機(jī)動(dòng)檢測(cè)和機(jī)動(dòng)方向辨識(shí),提升大機(jī)動(dòng)目標(biāo)攔截性能的基礎(chǔ)。第四章研究了如何從姿態(tài)敏感特征信號(hào)中提取目標(biāo)機(jī)動(dòng)信息的問題。以二維平面攔截側(cè)滑轉(zhuǎn)彎(Skid to Turn,STT)飛行器為背景,首先推導(dǎo)了目標(biāo)機(jī)動(dòng)方向與逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)像斜率之間的關(guān)系,介紹了利用ISAR像進(jìn)行機(jī)動(dòng)方向辨識(shí)的基本原理;其次,分析討論了影響辨識(shí)性能的關(guān)鍵因素和辨識(shí)器的參數(shù)設(shè)置問題;通過對(duì)場(chǎng)景特點(diǎn)的仔細(xì)分析,提出了完整的機(jī)動(dòng)方向辨識(shí)器設(shè)計(jì)流程。最后,通過仿真實(shí)驗(yàn)給出了詳盡的辨識(shí)器參數(shù)選擇準(zhǔn)則,并對(duì)辨識(shí)性能作了統(tǒng)計(jì)分析。仿真數(shù)據(jù)和暗室測(cè)量數(shù)據(jù)證明,該辨識(shí)器在辨識(shí)概率和辨識(shí)延遲上都優(yōu)于傳統(tǒng)的基于濾波殘差的方向辨識(shí)器。第五章研究了利用特征輔助估計(jì)器和制導(dǎo)律設(shè)計(jì)的問題。首先,通過對(duì)現(xiàn)有大機(jī)動(dòng)目標(biāo)攔截中典型估計(jì)器的算法結(jié)構(gòu)和估計(jì)性能的分析評(píng)估,說明了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件,提出了集成機(jī)動(dòng)方向辨識(shí)的變結(jié)構(gòu)多模估計(jì)器;其次從微分對(duì)策解和捕獲區(qū)角度深入分析了集成方向辨識(shí)和減小辨識(shí)延遲對(duì)制導(dǎo)律設(shè)計(jì)的重要性,并通過仿真驗(yàn)證了集成目標(biāo)機(jī)動(dòng)方向信息到制導(dǎo)律設(shè)計(jì)中給攔截性能帶來的提升;最后,根據(jù)不同估計(jì)器和制導(dǎo)律組合的特點(diǎn),利用目標(biāo)機(jī)動(dòng)的方向信息,提出了集成機(jī)動(dòng)方向辨識(shí)的估計(jì)器與制導(dǎo)律聯(lián)合設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)證明,集成目標(biāo)機(jī)動(dòng)的方向信息能夠從估計(jì)器和制導(dǎo)律兩方面全面提升大機(jī)動(dòng)目標(biāo)的攔截性能。第六章總結(jié)了本文的主要工作及所取得的研究成果,并指出了需要進(jìn)一步研究的方向。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：E926.4

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本文編號(hào)：2620019