助推滑翔飛行器預(yù)警探測濾波方法與誤差鏈研究.pdf

1、助推-滑翔飛行器（BGV）射程遠(yuǎn)、飛行高度低、速度快、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，傳統(tǒng)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)無法對其進(jìn)行準(zhǔn)確的彈道估計(jì)和落點(diǎn)預(yù)報(bào)，給預(yù)警探測和威脅評估帶來巨大困難。本文立足導(dǎo)彈防御系統(tǒng)現(xiàn)有探測設(shè)備，從BGV飛行動(dòng)力學(xué)的角度，對BGV預(yù)警中的助推段彈道估計(jì)與擬合、滑翔段彈道估計(jì)與預(yù)報(bào)以及估計(jì)誤差鏈的構(gòu)建方法進(jìn)行研究，具體內(nèi)容包括：
　　提出了一種用于 B GV機(jī)動(dòng)彈道估計(jì)理論分析的估計(jì)均方誤差下界和最優(yōu)過程噪聲方差矩陣的計(jì)算方法。通過對機(jī)動(dòng)目

2、標(biāo)跟蹤問題的研究，得出機(jī)動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的有偏性，傳統(tǒng)的誤差下界計(jì)算方法不適于機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法的評估；基于最小均方誤差準(zhǔn)則構(gòu)建了機(jī)動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的均方誤差下界遞推算法：通過分析未知輸入、估計(jì)偏差與過程噪聲間的定量關(guān)系，推導(dǎo)了有偏估計(jì)條件下最優(yōu)增益矩陣一般形式，分別在EK F和UK F框架下實(shí)現(xiàn)了機(jī)動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的均方誤差下界遞推計(jì)算方法，以及最優(yōu)過程噪聲方差矩陣的變化規(guī)律。該方法為后續(xù)B GV彈道估計(jì)算法的參數(shù)設(shè)計(jì)和性能評估提供理論依據(jù)和

3、分析手段。
　　基于雙星觀測，研究了 B GV助推段彈道估計(jì)與預(yù)警信息生成方法。在進(jìn)行BGV助推段彈道實(shí)時(shí)估計(jì)時(shí)，無先驗(yàn)信息條件下的過程噪聲方差自適應(yīng)是算法設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，本文依據(jù)未知輸入與狀態(tài)估計(jì)偏差和最優(yōu)過程噪聲方差間的定量關(guān)系，由實(shí)時(shí)未知輸入估計(jì)值構(gòu)造過程噪聲方差矩陣的表達(dá)式，形成了一種解決無先驗(yàn)信息條件下的過程噪聲方差構(gòu)造方案。為進(jìn)一步提高BGV助推段彈道估計(jì)精度，提出一種基于樣條擬合和雙向?yàn)V波相結(jié)合的彈道改進(jìn)策略，不僅使擬合

4、彈道更為平滑，且顯著提高了樣條擬合的端點(diǎn)估計(jì)精度。BGV的特殊彈道特性導(dǎo)致傳統(tǒng)二體模型不再適于BG V的落點(diǎn)預(yù)報(bào)，為此本文通過將B GV的彈道參數(shù)與最小能量彈道參數(shù)對比，對BG V的特殊彈道進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)基于B GV所具有的能量，生成具有一定精度的射程、落點(diǎn)、剩余飛行時(shí)間等預(yù)警信息，進(jìn)行第一次B GV威脅評估。
　　基于雷達(dá)觀測，研究了B GV滑翔段的彈道估計(jì)與預(yù)報(bào)方法。依據(jù)BGV滑翔段的動(dòng)力學(xué)特性，對傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)再入飛行器狀態(tài)方程進(jìn)

5、行改進(jìn)，形成BGV滑翔段狀態(tài)預(yù)測模型，基于該模型提出了一種基于增加期望模式的變結(jié)構(gòu)交互多模型自適應(yīng)濾波算法，以解決滑翔段彈道估計(jì)算法中估計(jì)精度和運(yùn)算速度的兼顧問題。針對BG V滑翔段彈道與彈道導(dǎo)彈自由段彈道不同的特性，基于B GV滑翔段運(yùn)動(dòng)參數(shù)和氣動(dòng)力參數(shù)估計(jì)結(jié)果，利用平衡滑翔假設(shè)，生成BGV滑翔段剩余飛行時(shí)間、飛行高度、射程和可達(dá)區(qū)等BGV預(yù)警信息，進(jìn)行第二次BGV威脅評估；基于BGV滑翔段狀態(tài)預(yù)測模型，采用無跡變換方法對B GV滑翔

6、段的彈道預(yù)報(bào)和誤差傳播特性進(jìn)行了分析，獲得了BGV滑翔段的彈道預(yù)報(bào)誤差演化規(guī)律。
　　B GV彈道估計(jì)誤差鏈的構(gòu)建與分析。提出了 BGV全段彈道估計(jì)誤差鏈的概念和構(gòu)建流程，構(gòu)建了防御系統(tǒng)攔截BGV攻防仿真與評估系統(tǒng)，基于仿真系統(tǒng)提出了誤差鏈的兩種計(jì)算方法。通過對不同傳感器部署條件下的B GV彈道估計(jì)誤差鏈進(jìn)行仿真計(jì)算和分析，驗(yàn)證了誤差鏈通用構(gòu)建方法的有效性，誤差鏈結(jié)果的正確性，以及均方誤差下界結(jié)果的最優(yōu)性。誤差鏈的計(jì)算，為防御系統(tǒng)