哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘要 .......................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................ II 第1章绪论 .. (1)
1.1课题背景及研究目的 (1)
1.2国内外的研究现状 (2)
1.2.1 高超声速目标拦截问题研究现状 (3)
1.2.2 多拦截器协同制导研究现状 (4)
1.2.3 目标探测研究现状 (5)
1.2.4 主要存在的问题 (6)
1.3主要研究内容及章节安排 (7)
第2章协同制导模型建立与分析 (9)
2.1引言 (9)
2.2坐标系的定义及转换关系 (9)
2.2.1 坐标系的定义 (9)
2.2.2 坐标系之间的转换关系 (10)
2.3运动模型的建立 (11)
2.3.1 导弹运动模型 (12)
2.3.2 相对运动模型 (13)
2.4目标运动特性分析 (16)
2.5视线坐标系下的协同拦截模型 (17)
2.6惯性坐标系下的协同拦截模型 (19)
2.7本章小结 (20)
第3章基于交互式多模型滤波的协同信息估计 (22)
3.1引言 (22)
3.2基于IMM滤波的弹目相对运动信息协同估计 (22)
3.2.1 滤波理论基础 (22)
3.2.2 交互多模型滤波 (24)
3.3协同探测时交互式多模型滤波模型的选择 (26)
3.4协同探测滤波仿真结果与分析 (28)
3.4.1 视线坐标系下协同探测仿真结果 (29)
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
3.4.2 惯性坐标系下协同探测仿真结果 (33)
3.5本章小结 (37)
第4章基于数据融合算法的协同信息估计 (38)
4.1引言 (38)
4.2卡尔曼加权融合算法 (38)
4.3基于卡尔曼加权的数据融合 (39)
4.4目标运动模型 (41)
4.5基于数据融合的滤波仿真结果及分析 (45)
4.5.1 视线坐标系下协同探测数据融合精度 (46)
4.5.2 视线坐标系下协同跟踪情况 (49)
4.5.3 惯性坐标系下协同探测数据融合精度 (50)
4.5.4 惯性坐标系下协同跟踪情况 (52)
4.5.5 不同坐标系下协同跟踪估计值比较 (54)
4.6本章小结 (56)
结论 (57)
参考文献 (58)
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (64)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (65)
致谢 (66)
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
第1章绪论
1.1课题背景及研究目的
在可以预见的未来里，由于科技水平不断发展使武器具有更佳的性能，未来将迎来愈发复杂的空战环境。而在临近空间内，作为现代高效进攻及通讯武器的高超声速飞行器由于具有目标速度与响应时间快、目标探测困难以及目标的侧向机动能力强等特点，是对国家安全有巨大威胁的一种武器。因此在研究临近空间高超声速飞行器的同时亦有必要研究其防御技术。
所谓临近空间，是指地球磁场作用范围内（20-100km）的空域。随着科技的发展，在过往的几场战争中各个国家不约而同的将战场扩大至了临近空间，因此能否争夺临近空间的控制权对战争具有越来越大的意义。各个国家都在研究在临近空间内可以应用的飞行器以及拦截器，以求在日后的战争中占据主动地位。在2006年，美国前总统布什签署了一份美国“新版太空学说”，提出了一种新的作战计划，即“快速全球打击”（Prompt Global Strike, PGS）计划，确保能够在不到一个小时的时间内发起对全球任何一个地方的军事打击[1]，激发起世界各大国家研究临近空间高超声速飞行器的热潮。临近空间高超声速飞行器具有以下特点[2]：（1）目标速度快，对拦截器速度要求较高。美国在军事上希望达到能够在一个小时之内打击到任何一个国家，并且已经通过试验证实了可行性。（2）响应时间快，使拦截防御系统面临巨大挑战。（3）目标探测困难，临近空间存在大量复杂的宇宙射线与电磁辐射，探测环境相当复杂，导致很难实现对目标的识别与跟踪。当高超声速飞行器在临近空间飞行时，由于摩擦使飞行器周围的空气电离，进而形成等离子鞘套，即黑障区，当电磁波穿过黑障区时会产生严重衰减，使得目标难以探测，甚至丢失目标[3]。（4）目标的侧向机动能力强，目标可获得较大的气动力，进行侧向机动，也可以做跳跃式飞行。
由于这种飞行器是对国家安全有巨大威胁的一种武器，因此在研究临近空间高超声速飞行器的同时亦有必要研究其防御技术。根据文献[4]，高超声速飞行器的弹道可分为助推段、惯性飞行段、滑翔/跳跃机动段以及高速下压段，各段运动特性不同。临近空间高超声速飞行器的典型弹道如图1-1所示。由于目标在滑翔/跳跃段飞行时间较长，拦截概率较高，因此考虑在这一阶段对目标实施拦截。然而，这一段中，气动和电磁环境复杂，目标的飞行速度快、机动能力强，给拦截带来了巨大的挑战。