隨著軍事技術(shù)的發(fā)展,以臨近空間高超聲速飛行器為代表的高速大機(jī)動(dòng)目標(biāo)突防能力不斷提高,現(xiàn)有的預(yù)警系統(tǒng)難以對(duì)其進(jìn)行精確的探測,使得該類目標(biāo)的攔截和防御成為困難。在目標(biāo)探測不準(zhǔn)的條件下,單個(gè)飛行器的攔截能力已經(jīng)難以滿足作戰(zhàn)任務(wù)的需求,多飛行器協(xié)同攔截逐漸成為未來防御技術(shù)的發(fā)展趨勢。采用多飛行器協(xié)同攔截時(shí),首先需要進(jìn)行協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì),即根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求確定飛行器的數(shù)量及每個(gè)飛行器的攔截任務(wù)�，F(xiàn)有關(guān)于多飛行器協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究大多是在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息精確已知的條件下進(jìn)行的,且未充分考慮飛行器的機(jī)動(dòng)能力,難以應(yīng)用于探測不準(zhǔn)下的高超聲速目標(biāo)攔截任務(wù)。鑒于此,本文考慮預(yù)警系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息的探測誤差、目標(biāo)機(jī)動(dòng)以及飛行器自身的機(jī)動(dòng)能力,以多飛行器協(xié)同攔截為研究對(duì)象,對(duì)其中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了歸納和提煉,并對(duì)以下幾個(gè)方面開展了深入的研究。首先,針對(duì)目標(biāo)機(jī)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)信息探測不準(zhǔn)下的攔截問題,考慮飛行器的機(jī)動(dòng)能力約束給出了可攔截區(qū)域的數(shù)學(xué)描述,并分析了其性質(zhì);考慮目標(biāo)機(jī)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)信息誤差,給出了預(yù)測命中區(qū)域的數(shù)學(xué)描述,構(gòu)造了預(yù)測命中區(qū)域覆蓋指標(biāo),將攔截描述為一個(gè)區(qū)域覆蓋問題。在飛行器機(jī)動(dòng)能力不足的條件下,提出了兩種協(xié)同攔截方法,即同時(shí)協(xié)同攔截與分時(shí)協(xié)同攔截。針對(duì)多飛行器的同時(shí)協(xié)同攔截,考慮飛行器在空間上的協(xié)同,構(gòu)造了同時(shí)協(xié)同攔截指標(biāo)函數(shù),建立了基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截問題描述。針對(duì)多飛行器的分時(shí)協(xié)同攔截,考慮前后飛行器在攔截時(shí)間上的協(xié)同,構(gòu)造了分時(shí)協(xié)同攔截指標(biāo)函數(shù),建立了基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截問題描述。其次,針對(duì)一類區(qū)域覆蓋優(yōu)化問題,給出了一種基于距離的區(qū)域分割方法,將整體覆蓋指標(biāo)函數(shù)進(jìn)行分解,在此基礎(chǔ)上提出了基于分割逼近的區(qū)域覆蓋優(yōu)化算法,并證明了算法的收斂性。針對(duì)多飛行器的同時(shí)協(xié)同攔截問題,以中末交班成功概率為約束,提出了基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)飛行器的數(shù)量和中末交班時(shí)的空間位置散布進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并基于區(qū)域覆蓋設(shè)計(jì)了同時(shí)協(xié)同攔截制導(dǎo)律。然后,針對(duì)一類時(shí)空覆蓋優(yōu)化問題,給出了一種基于蒙特卡洛采樣和有限差商的梯度近似方法,在此基礎(chǔ)上提出了基于差商逼近的時(shí)空覆蓋優(yōu)化算法,并證明了算法的收斂性。針對(duì)多飛行器的分時(shí)協(xié)同攔截問題,基于時(shí)空覆蓋優(yōu)化算法對(duì)分時(shí)協(xié)同攔截的時(shí)間間隔進(jìn)行了優(yōu)化,并分析了時(shí)間間隔的可容許誤差;考慮中末交班成功概率需求和時(shí)間間隔誤差,提出了基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)分時(shí)協(xié)同攔截所需飛行器的數(shù)量和攔截時(shí)間間隔進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后,針對(duì)臨近空間高超聲速目標(biāo)的攔截問題,分析了目標(biāo)機(jī)動(dòng)加速度預(yù)報(bào)誤差特性以及預(yù)警系統(tǒng)和飛行器對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息的探測誤差,并給出了協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件�；谕瑫r(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)高超聲速目標(biāo)同時(shí)協(xié)同攔截所需的飛行器數(shù)量及空間位置散布進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)�；诜謺r(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)高超聲速目標(biāo)分時(shí)協(xié)同攔截所需的飛行器數(shù)量及攔截時(shí)間間隔進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過仿真說明了兩種協(xié)同攔截方法的有效性,并對(duì)各自的優(yōu)勢與不足進(jìn)行了對(duì)比分析。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：E926.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 多智能體系統(tǒng)覆蓋優(yōu)化問題
        1.2.2 多飛行器協(xié)同攔截
        1.2.3 臨近空間高超聲速目標(biāo)攔截
        1.2.4 存在的主要問題
    1.3 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排
第2章 基于區(qū)域覆蓋的協(xié)同攔截問題描述
    2.1 引言
    2.2 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換關(guān)系
        2.2.1 坐標(biāo)系定義
        2.2.2 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系
    2.3 基于區(qū)域覆蓋的攔截問題描述
        2.3.1 飛行器可攔截區(qū)域描述
        2.3.2 目標(biāo)預(yù)測命中區(qū)域描述
        2.3.3 基于區(qū)域覆蓋的攔截問題描述
    2.4 基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截問題描述
        2.4.1 同時(shí)協(xié)同攔截運(yùn)動(dòng)模型
        2.4.2 基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截問題描述
    2.5 基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截問題描述
        2.5.1 分時(shí)協(xié)同攔截運(yùn)動(dòng)模型
        2.5.2 基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截問題描述
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
    3.1 引言
    3.2 基于分割逼近的區(qū)域覆蓋優(yōu)化方法
        3.2.1 區(qū)域的分割方法
        3.2.2 基于分割逼近的區(qū)域覆蓋優(yōu)化算法
        3.2.3 算法收斂性分析
    3.3 基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
        3.3.1 同時(shí)協(xié)同攔截飛行器空間位置散布優(yōu)化
        3.3.2 基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
        3.3.3 基于區(qū)域覆蓋的同時(shí)協(xié)同攔截制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
    3.4 仿真結(jié)果及分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
    4.1 引言
    4.2 基于差商逼近的時(shí)空覆蓋優(yōu)化方法
        4.2.1 梯度的差商近似方法
        4.2.2 基于差商逼近的時(shí)空覆蓋優(yōu)化算法
        4.2.3 算法收斂性分析
    4.3 基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
        4.3.1 分時(shí)協(xié)同攔截時(shí)間間隔設(shè)計(jì)
        4.3.2 時(shí)間間隔可容許誤差分析
        4.3.3 基于時(shí)空覆蓋的分時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
    4.4 仿真結(jié)果及分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 臨近空間高超聲速目標(biāo)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 高超聲速目標(biāo)協(xié)同攔截問題分析
        5.2.1 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型及加速度預(yù)報(bào)誤差
        5.2.2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息探測誤差
        5.2.3 協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件
    5.3 高超聲速目標(biāo)同時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
        5.3.1 高超聲速目標(biāo)同時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
        5.3.2 同時(shí)協(xié)同攔截仿真
    5.4 高超聲速目標(biāo)分時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
        5.4.1 高超聲速目標(biāo)分時(shí)協(xié)同攔截優(yōu)化設(shè)計(jì)
        5.4.2 分時(shí)協(xié)同攔截仿真
    5.5 協(xié)同攔截對(duì)比分析
        5.5.1 飛行器機(jī)動(dòng)能力需求分析
        5.5.2 中末交班誤差分析
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡歷

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2829396