【摘要】：隨著現(xiàn)代航空制導(dǎo)技術(shù)的不斷進(jìn)步,大機動目標(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,針對現(xiàn)有導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)在大機動目標(biāo)攔截中存在的缺陷,以決定制導(dǎo)精度的末制導(dǎo)過程為研究對象,以集成雷達(dá)特征信息到導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計中為主要技術(shù)途徑,研究基于雷達(dá)特征的快速實時目標(biāo)運動模式辨識技術(shù)、特征輔助的狀態(tài)估計與混合制導(dǎo)技術(shù),從而改善現(xiàn)有制導(dǎo)回路對目標(biāo)機動的響應(yīng)速度并實現(xiàn)分離原理不成立時的次優(yōu)制導(dǎo)性能,以適應(yīng)不同應(yīng)用背景下大機動目標(biāo)精確攔截的需要。緒論部分首先分析了大機動目標(biāo)精確攔截的重要意義,指出現(xiàn)有導(dǎo)引系統(tǒng)存在的幾點問題;然后根據(jù)分離定理是否成立,對現(xiàn)有估計器與制導(dǎo)律設(shè)計方法的研究現(xiàn)狀作了全面梳理;針對現(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)的簡單數(shù)學(xué)模型,詳細(xì)介紹了系統(tǒng)可觀測性的物理概念和可觀測性分析的基本原理;其次,結(jié)合背景對現(xiàn)有可觀測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)可觀測性分析方法。該方法綜合考慮了系統(tǒng)可觀測性矩陣的特征值、觀測量導(dǎo)數(shù)的最高階數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)量級等多個因素,可以清晰地判斷出系統(tǒng)的哪些狀態(tài)量或狀態(tài)量組合的可觀測度在集成特征觀測后得到了提升,為后續(xù)特征選取、目標(biāo)加速度估計等研究提供了理論依據(jù)。第三章研究了彈目相對姿態(tài)與目標(biāo)運動模式的相關(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)角和相對角速度;其次,以相對角速度為彈目相對姿態(tài)的表征量,分別分析了目標(biāo)質(zhì)心運動、繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動以及彈目相對運動對其影響,推導(dǎo)了不同目標(biāo)運動模式下的相對角速度表達(dá)式;進(jìn)而討論了相對角速度的大小和方向與目標(biāo)運動模式的關(guān)系,說明不同運動模式下彈目相對姿態(tài)存在明顯差異,這是利用特征進(jìn)行機動檢測和機動方向辨識,提升大機動目標(biāo)攔截性能的基礎(chǔ)。第四章研究了如何從姿態(tài)敏感特征信號中提取目標(biāo)機動信息的問題。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)機動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)行機動方向辨識的基本原理;其次,分析討論了影響辨識性能的關(guān)鍵因素和辨識器的參數(shù)設(shè)置問題;通過對場景特點的仔細(xì)分析,提出了完整的機動方向辨識器設(shè)計流程。最后,通過仿真實驗給出了詳盡的辨識器參數(shù)選擇準(zhǔn)則,并對辨識性能作了統(tǒng)計分析。仿真數(shù)據(jù)和暗室測量數(shù)據(jù)證明,該辨識器在辨識概率和辨識延遲上都優(yōu)于傳統(tǒng)的基于濾波殘差的方向辨識器。第五章研究了利用特征輔助估計器和制導(dǎo)律設(shè)計的問題。首先,通過對現(xiàn)有大機動目標(biāo)攔截中典型估計器的算法結(jié)構(gòu)和估計性能的分析評估,說明了不同方法的優(yōu)缺點和適用條件,提出了集成機動方向辨識的變結(jié)構(gòu)多模估計器;其次從微分對策解和捕獲區(qū)角度深入分析了集成方向辨識和減小辨識延遲對制導(dǎo)律設(shè)計的重要性,并通過仿真驗證了集成目標(biāo)機動方向信息到制導(dǎo)律設(shè)計中給攔截性能帶來的提升;最后,根據(jù)不同估計器和制導(dǎo)律組合的特點,利用目標(biāo)機動的方向信息,提出了集成機動方向辨識的估計器與制導(dǎo)律聯(lián)合設(shè)計方法。實驗證明,集成目標(biāo)機動的方向信息能夠從估計器和制導(dǎo)律兩方面全面提升大機動目標(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】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：E926.4

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9 馬，

本文編號：2620019