高超聲速飛行器分時(shí)攔截信息處理問題研究.pdf

1、近年來，以美國(guó)為首的諸多國(guó)家大力發(fā)展臨近空間高超聲速飛行器，其具有速度極高且同時(shí)具有一定機(jī)動(dòng)能力，攻擊性強(qiáng)且難于探測(cè)等特點(diǎn)，給國(guó)家安全帶來了巨大的威脅。因而，其防御技術(shù)的研究具有重要意義。對(duì)高超聲速飛行目標(biāo)實(shí)施攔截的難點(diǎn)主要在于探測(cè)不準(zhǔn)：（1）空天背景中的雜波給探測(cè)帶來干擾和噪聲，如其他電磁波及臨近空間環(huán)境中各種電磁波的反射、折射；（2）高速飛行的目標(biāo)會(huì)與大氣發(fā)生強(qiáng)烈作用，產(chǎn)生等離子體影響電磁波的正常傳播。高超聲速目標(biāo)的機(jī)動(dòng)過載一般較小

2、，如果中-末交班成功，可認(rèn)為攔截器具有對(duì)于目標(biāo)的機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，所以攔截成功概率主要受探測(cè)不準(zhǔn)的影響而降低。因此，本文采用多個(gè)攔截器分時(shí)發(fā)射、分時(shí)攔截的方案，對(duì)于分時(shí)攔截方案中的信息處理問題進(jìn)行了相關(guān)研究。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。
　　首先，對(duì)分時(shí)攔截方案及方案中涉及的信息處理問題進(jìn)行了描述。定義相關(guān)的坐標(biāo)系，給出彈-目相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程；通過分時(shí)攔截的幾何示意圖和工作時(shí)序圖說明方案的具體內(nèi)容和步驟，給出分時(shí)攔截方案中信息傳遞的計(jì)

3、算公式，并對(duì)整體的攔截過程按時(shí)間分為估計(jì)段和預(yù)報(bào)段，方便后續(xù)的分段研究。
　　其次，對(duì)高超聲速飛行器的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，并選定了跟蹤模型。通過對(duì)高超聲速飛行器進(jìn)行彈道仿真，依據(jù)仿真結(jié)果分析了高超聲速飛行的運(yùn)動(dòng)特性，依據(jù)高超聲速飛行的運(yùn)動(dòng)特性選擇合適的加速度跟蹤模型，結(jié)合彈-目相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程，得到攔截器對(duì)目標(biāo)的跟蹤模型。
　　然后，對(duì)估計(jì)段的相關(guān)信息處理問題進(jìn)行了研究。估計(jì)段的工作任務(wù)是獲得兩枚攔截器的彈-目相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息以生成

4、制導(dǎo)指令。對(duì)此，文中提出兩種信息獲取方法，分別為基于幾何解算的方法和基于協(xié)同濾波的方法。對(duì)于基于幾何解算的方法，通過分析前一枚攔截器的彈-目相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息的估計(jì)誤差在信息傳遞過程中對(duì)后續(xù)攔截器制導(dǎo)誤差的影響，得出對(duì)前一枚攔截器信息估計(jì)精度的要求，并為此設(shè)計(jì)了末制導(dǎo)律來提高相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息的可觀性。通過仿真說明了制導(dǎo)律的有效性。對(duì)于基于協(xié)同濾波的方法，通過可觀度計(jì)算可知后一枚攔截器的制導(dǎo)信息的估計(jì)精度穩(wěn)定可靠，但其對(duì)目標(biāo)加速度的跟蹤和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信

5、息的計(jì)算效果不如基于幾何解算的方法。
　　最后，研究了預(yù)報(bào)段的信息處理問題，給出了兩種預(yù)報(bào)方法，一是基于外推法的目標(biāo)彈道預(yù)報(bào)方法，二是基于預(yù)警信息的目標(biāo)彈道預(yù)報(bào)方法。利用估計(jì)段得到的目標(biāo)加速度的估計(jì)預(yù)報(bào)目標(biāo)接下來的加速度，用于預(yù)報(bào)目標(biāo)的彈道；論文對(duì)兩種預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了對(duì)比，并針對(duì)基于預(yù)警信息的預(yù)報(bào)方法為后續(xù)的攔截器設(shè)計(jì)了基于預(yù)測(cè)命中點(diǎn)的中制導(dǎo)律；對(duì)不同預(yù)報(bào)時(shí)長(zhǎng)分別針對(duì)“直接外推法預(yù)報(bào)+比例導(dǎo)引”和“引入預(yù)警信息預(yù)報(bào)+文中設(shè)計(jì)制導(dǎo)律”