濾波技術(shù)在高超聲速大機(jī)動(dòng)飛行器末制導(dǎo)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2022-02-22 15:26
近幾十年來(lái)世界局勢(shì)的發(fā)展?fàn)顩r,大體上可概括為“總體和平,局部戰(zhàn)爭(zhēng)”。作為一種新型作戰(zhàn)方式,導(dǎo)彈武器得到了世界各國(guó)的普遍關(guān)注。以下一代戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈(Theatre Ballistic Missile, TBM)為代表的攻擊導(dǎo)彈飛行速度快,并具有大機(jī)動(dòng)能力,對(duì)現(xiàn)有的攔截制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。深入研究如何對(duì)這類(lèi)飛行器進(jìn)行有效末制導(dǎo),有利于我軍掌握未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn),并進(jìn)一步保障國(guó)家領(lǐng)土完整和人民生命安全。幾乎所有先進(jìn)末制導(dǎo)律在設(shè)計(jì)時(shí),都需使用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息;然而很多情況下該信息不能通過(guò)測(cè)量元件直接獲取,必須從被噪聲污染的信號(hào)中進(jìn)行在線估計(jì),這就需要濾波技術(shù)的支持。濾波技術(shù)一直都是信號(hào)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。對(duì)于一般的非線性、非高斯系統(tǒng),最優(yōu)濾波問(wèn)題沒(méi)有遞推顯式解。高超聲速飛行器末制導(dǎo)問(wèn)題的彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系數(shù)學(xué)模型,很多情況下存在本質(zhì)非線性和非高斯特征,且整個(gè)末制導(dǎo)過(guò)程具有很高的實(shí)時(shí)性要求;因而對(duì)這類(lèi)問(wèn)題,有必要研究估計(jì)精度高計(jì)算量適中的非線性制導(dǎo)濾波器。論文以下一代高超聲速TBM飛行器的末制導(dǎo)為課題背景,研究了存在未知信息的離散系統(tǒng)的建模和濾波問(wèn)題;并針對(duì)此類(lèi)目標(biāo)的末制導(dǎo)中,確定性等價(jià)定理...
【文章來(lái)源】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】:172 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
圖表索引
主要符號(hào)和專(zhuān)有名詞表
第1章 緒論
1.1 引言
1.1.1 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的攻擊導(dǎo)彈
1.1.2 反導(dǎo)武器的發(fā)展
1.1.3 制導(dǎo)律的產(chǎn)生和發(fā)展
1.1.4 濾波技術(shù)的產(chǎn)生及應(yīng)用
1.2 課題的背景和意義
1.3 末制導(dǎo)律和濾波技術(shù)的研究狀況
1.3.1 末制導(dǎo)律的研究狀況
1.3.2 濾波技術(shù)的研究狀況
1.3.3 當(dāng)前高超聲速飛行器末制導(dǎo)的主要問(wèn)題及部分解決措施
1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 末制導(dǎo)律和非線性濾波器算法研究
2.1 引言
2.2 末制導(dǎo)律
2.2.1 末制導(dǎo)回路
2.2.2 比例制導(dǎo)律
2.2.3 增廣比例制導(dǎo)律
2.2.4 最優(yōu)制導(dǎo)律
2.3 貝葉斯估計(jì)
2.3.1 貝葉斯估計(jì)的模型假設(shè)
2.3.2 貝葉斯估計(jì)的最優(yōu)準(zhǔn)則
2.3.3 貝葉斯最優(yōu)估計(jì)和最優(yōu)濾波
2.3.4 貝葉斯濾波最優(yōu)解
2.4 高斯濾波
2.4.1 卡爾曼濾波
2.4.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波
2.4.3 無(wú)跡卡爾曼濾波
2.5 跳躍馬爾可夫系統(tǒng)和多模型濾波
2.5.1 跳躍馬爾可夫系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
2.5.2 交互多模型濾波算法原理
2.5.3 交互多模型濾波算法實(shí)現(xiàn)
2.5.4 靜態(tài)多模型算法
2.6 本章小結(jié)
第3章 改進(jìn)中央差分算法在高超聲速飛行器跟蹤問(wèn)題中的應(yīng)用
3.1 引言
3.2 中央差分濾波算法
3.2.1 中央差分算法
3.2.2 使用中央差分算法逼近非線性隨機(jī)函數(shù)的均值和方差
3.2.3 中央差分算法的參數(shù)
3.2.4 中央差分濾波算法
3.3 中央差分濾波算法的改進(jìn)
3.3.1 測(cè)量更新
3.3.2 迭代更新
3.4 仿真驗(yàn)證
3.4.1 高超聲速正弦大指令機(jī)動(dòng)飛行器跟蹤問(wèn)題
3.4.2 閃爍噪聲下高超聲速非機(jī)動(dòng)飛行器的跟蹤問(wèn)題
3.5 本章小結(jié)
第4章 隨機(jī)噪聲干擾下濾波制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法改進(jìn)
4.1 引言
4.2 新型濾波制導(dǎo)工具箱的設(shè)計(jì)
4.2.1 傳統(tǒng)編程方式設(shè)計(jì)濾波制導(dǎo)仿真程序的缺陷
4.2.2 新型濾波制導(dǎo)工具箱的模塊化實(shí)現(xiàn)
4.2.3 非線性濾波器一致性檢驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)
4.2.4 仿真驗(yàn)證
4.3 濾波器的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
4.3.1 無(wú)偏性
4.3.2 有效性和一致性
4.3.3 高斯濾波器狀態(tài)估計(jì)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)
4.4 濾波器初始估計(jì)方法及其改進(jìn)
4.4.1 初始估計(jì)的目的
4.4.2 實(shí)際系統(tǒng)中高斯濾波器的初始估計(jì)
4.4.3 仿真系統(tǒng)中高斯濾波器的初始估計(jì)
4.4.4 高斯次優(yōu)非線性濾波器的改進(jìn)型初始估計(jì)方法
4.4.5 仿真驗(yàn)證
4.5 濾波器性能改進(jìn)型評(píng)價(jià)方法
4.5.1 傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法及其缺陷
4.5.2 最優(yōu)比較判別法
4.5.3 假設(shè)檢驗(yàn)判別法及其改進(jìn)
4.6 本章小結(jié)
第5章 濾波制導(dǎo)一體化設(shè)計(jì)在高超聲速大機(jī)動(dòng)飛行器末制導(dǎo)中的應(yīng)用
5.1 引言
5.2 系統(tǒng)建模
5.2.1 狀態(tài)模型
5.2.2 傳統(tǒng)測(cè)量模型
5.2.3 方位角信息測(cè)量模型
5.2.4 毀傷模型
5.3 跟蹤算法
5.3.1 多模型算法
5.3.2 非線性多模型算法
5.3.3 快速非線性多模型算法
5.4 仿真研究
5.4.1 開(kāi)環(huán)性能比較
5.4.2 閉環(huán)仿真研究
5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]自適應(yīng)無(wú)跡增量濾波方法[J]. 傅惠民,吳云章,婁泰山. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]粒子群優(yōu)化人工免疫粒子濾波器[J]. 杜正聰,馮大海,牛高遠(yuǎn). 四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版). 2013(01)
[3]CPF算法在GNSS-INS列車(chē)組合定位系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 王更生,張俊,郭鵬飛,詹小麗. 傳感器與微系統(tǒng). 2012(11)
[4]自適應(yīng)平方根中心差分卡爾曼濾波算法在捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)大方位失準(zhǔn)角初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用[J]. 郝燕玲,牟宏偉. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2013(01)
[5]大氣層內(nèi)攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的變結(jié)構(gòu)末制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J]. 司學(xué)慧,李小兵,張東洋,張彥. 電光與控制. 2012(06)
[6]一種飛行器最優(yōu)末制導(dǎo)律研究及仿真[J]. 呂永佳,張德才,李挺杉,牟亞軍,王寶貴. 上海航天. 2012(02)
[7]欠觀測(cè)條件下的擴(kuò)展增量Kalman濾波方法[J]. 傅惠民,婁泰山,吳云章. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2012(04)
[8]量測(cè)不確定條件下多傳感器自適應(yīng)粒子濾波算法[J]. 胡振濤,潘泉,金勇,張帆. 控制與決策. 2012(04)
[9]自適應(yīng)不完全重采樣粒子濾波器[J]. 左軍毅,張怡哲,梁彥. 自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2012(04)
[10]欠觀測(cè)條件下的增量Kalman濾波方法[J]. 傅惠民,吳云章,婁泰山. 機(jī)械強(qiáng)度. 2012(01)
博士論文
[1]高超聲速飛行器的建模與控制[D]. 張紅梅.天津大學(xué) 2012
[2]非線性濾波及其在跟蹤制導(dǎo)中的應(yīng)用[D]. 朱胤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[3]空地制導(dǎo)武器多約束條件下的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[D]. 孫未蒙.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[4]氣動(dòng)力/直接力復(fù)合控制攔截彈制導(dǎo)與控制方法研究[D]. 尹永鑫.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
[5]攔截戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈末段導(dǎo)引和復(fù)合控制研究[D]. 程鳳舟.西北工業(yè)大學(xué) 2002
[6]水下目標(biāo)被動(dòng)跟蹤及自適應(yīng)導(dǎo)引律研究[D]. 高磊.西北工業(yè)大學(xué) 2002
本文編號(hào):3639724
【文章來(lái)源】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】:172 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
圖表索引
主要符號(hào)和專(zhuān)有名詞表
第1章 緒論
1.1 引言
1.1.1 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的攻擊導(dǎo)彈
1.1.2 反導(dǎo)武器的發(fā)展
1.1.3 制導(dǎo)律的產(chǎn)生和發(fā)展
1.1.4 濾波技術(shù)的產(chǎn)生及應(yīng)用
1.2 課題的背景和意義
1.3 末制導(dǎo)律和濾波技術(shù)的研究狀況
1.3.1 末制導(dǎo)律的研究狀況
1.3.2 濾波技術(shù)的研究狀況
1.3.3 當(dāng)前高超聲速飛行器末制導(dǎo)的主要問(wèn)題及部分解決措施
1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 末制導(dǎo)律和非線性濾波器算法研究
2.1 引言
2.2 末制導(dǎo)律
2.2.1 末制導(dǎo)回路
2.2.2 比例制導(dǎo)律
2.2.3 增廣比例制導(dǎo)律
2.2.4 最優(yōu)制導(dǎo)律
2.3 貝葉斯估計(jì)
2.3.1 貝葉斯估計(jì)的模型假設(shè)
2.3.2 貝葉斯估計(jì)的最優(yōu)準(zhǔn)則
2.3.3 貝葉斯最優(yōu)估計(jì)和最優(yōu)濾波
2.3.4 貝葉斯濾波最優(yōu)解
2.4 高斯濾波
2.4.1 卡爾曼濾波
2.4.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波
2.4.3 無(wú)跡卡爾曼濾波
2.5 跳躍馬爾可夫系統(tǒng)和多模型濾波
2.5.1 跳躍馬爾可夫系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
2.5.2 交互多模型濾波算法原理
2.5.3 交互多模型濾波算法實(shí)現(xiàn)
2.5.4 靜態(tài)多模型算法
2.6 本章小結(jié)
第3章 改進(jìn)中央差分算法在高超聲速飛行器跟蹤問(wèn)題中的應(yīng)用
3.1 引言
3.2 中央差分濾波算法
3.2.1 中央差分算法
3.2.2 使用中央差分算法逼近非線性隨機(jī)函數(shù)的均值和方差
3.2.3 中央差分算法的參數(shù)
3.2.4 中央差分濾波算法
3.3 中央差分濾波算法的改進(jìn)
3.3.1 測(cè)量更新
3.3.2 迭代更新
3.4 仿真驗(yàn)證
3.4.1 高超聲速正弦大指令機(jī)動(dòng)飛行器跟蹤問(wèn)題
3.4.2 閃爍噪聲下高超聲速非機(jī)動(dòng)飛行器的跟蹤問(wèn)題
3.5 本章小結(jié)
第4章 隨機(jī)噪聲干擾下濾波制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法改進(jìn)
4.1 引言
4.2 新型濾波制導(dǎo)工具箱的設(shè)計(jì)
4.2.1 傳統(tǒng)編程方式設(shè)計(jì)濾波制導(dǎo)仿真程序的缺陷
4.2.2 新型濾波制導(dǎo)工具箱的模塊化實(shí)現(xiàn)
4.2.3 非線性濾波器一致性檢驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)
4.2.4 仿真驗(yàn)證
4.3 濾波器的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
4.3.1 無(wú)偏性
4.3.2 有效性和一致性
4.3.3 高斯濾波器狀態(tài)估計(jì)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)
4.4 濾波器初始估計(jì)方法及其改進(jìn)
4.4.1 初始估計(jì)的目的
4.4.2 實(shí)際系統(tǒng)中高斯濾波器的初始估計(jì)
4.4.3 仿真系統(tǒng)中高斯濾波器的初始估計(jì)
4.4.4 高斯次優(yōu)非線性濾波器的改進(jìn)型初始估計(jì)方法
4.4.5 仿真驗(yàn)證
4.5 濾波器性能改進(jìn)型評(píng)價(jià)方法
4.5.1 傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法及其缺陷
4.5.2 最優(yōu)比較判別法
4.5.3 假設(shè)檢驗(yàn)判別法及其改進(jìn)
4.6 本章小結(jié)
第5章 濾波制導(dǎo)一體化設(shè)計(jì)在高超聲速大機(jī)動(dòng)飛行器末制導(dǎo)中的應(yīng)用
5.1 引言
5.2 系統(tǒng)建模
5.2.1 狀態(tài)模型
5.2.2 傳統(tǒng)測(cè)量模型
5.2.3 方位角信息測(cè)量模型
5.2.4 毀傷模型
5.3 跟蹤算法
5.3.1 多模型算法
5.3.2 非線性多模型算法
5.3.3 快速非線性多模型算法
5.4 仿真研究
5.4.1 開(kāi)環(huán)性能比較
5.4.2 閉環(huán)仿真研究
5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]自適應(yīng)無(wú)跡增量濾波方法[J]. 傅惠民,吳云章,婁泰山. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]粒子群優(yōu)化人工免疫粒子濾波器[J]. 杜正聰,馮大海,牛高遠(yuǎn). 四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版). 2013(01)
[3]CPF算法在GNSS-INS列車(chē)組合定位系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 王更生,張俊,郭鵬飛,詹小麗. 傳感器與微系統(tǒng). 2012(11)
[4]自適應(yīng)平方根中心差分卡爾曼濾波算法在捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)大方位失準(zhǔn)角初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用[J]. 郝燕玲,牟宏偉. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2013(01)
[5]大氣層內(nèi)攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的變結(jié)構(gòu)末制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J]. 司學(xué)慧,李小兵,張東洋,張彥. 電光與控制. 2012(06)
[6]一種飛行器最優(yōu)末制導(dǎo)律研究及仿真[J]. 呂永佳,張德才,李挺杉,牟亞軍,王寶貴. 上海航天. 2012(02)
[7]欠觀測(cè)條件下的擴(kuò)展增量Kalman濾波方法[J]. 傅惠民,婁泰山,吳云章. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2012(04)
[8]量測(cè)不確定條件下多傳感器自適應(yīng)粒子濾波算法[J]. 胡振濤,潘泉,金勇,張帆. 控制與決策. 2012(04)
[9]自適應(yīng)不完全重采樣粒子濾波器[J]. 左軍毅,張怡哲,梁彥. 自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2012(04)
[10]欠觀測(cè)條件下的增量Kalman濾波方法[J]. 傅惠民,吳云章,婁泰山. 機(jī)械強(qiáng)度. 2012(01)
博士論文
[1]高超聲速飛行器的建模與控制[D]. 張紅梅.天津大學(xué) 2012
[2]非線性濾波及其在跟蹤制導(dǎo)中的應(yīng)用[D]. 朱胤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[3]空地制導(dǎo)武器多約束條件下的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[D]. 孫未蒙.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[4]氣動(dòng)力/直接力復(fù)合控制攔截彈制導(dǎo)與控制方法研究[D]. 尹永鑫.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
[5]攔截戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈末段導(dǎo)引和復(fù)合控制研究[D]. 程鳳舟.西北工業(yè)大學(xué) 2002
[6]水下目標(biāo)被動(dòng)跟蹤及自適應(yīng)導(dǎo)引律研究[D]. 高磊.西北工業(yè)大學(xué) 2002
本文編號(hào):3639724
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