基于多雷达的临近空间目标检测前跟踪算法

针对临近空间目标的低可探测性和多雷达采样周期与测量精度不一的问题,提出一种基于概率网格和多维Hough变换的多雷达检测前跟踪(TDB)算法。利用概率网格将雷达测量数据概率化,通过多维Hough变换在多维空间建立初步候选航迹,利用基于不敏变换的空间融合方法得到目标数目及轨迹。仿真实验表明:该算法能够在密集杂波下实现弱小目标的有效检测。

一种带航迹角约束的临近空间目标拦截中制导算法

针对采用双脉冲发动机的防空导弹拦截临近空间高速目标的多约束中制导问题,设计了一种基于逆轨拦截且满足过载收敛的预测-校正制导方法。该算法在基于由最优控制理论推导的满足终端位置、速度约束的ZEM-ZEV算法基础上,以具有航迹角约束的零控拦截流形作为交班条件,采用数值预测方法对剩余飞行时间进行高精度求解,通过在线动态生成初-中制导交班的速度方向和II脉冲发动机的开机时刻来降低中制导段需用过载。蒙特卡洛打靶仿真结果表明本文所提出的中制导算法能够满足带航迹角约束的零控拦截条件,对模型的参数偏差和不确定性具有强鲁棒性,具备重要的理论意义和工程应用价值。

临近空间目标交互式多模型跟踪定位算法研究

针对临近空间目标,进行了深入研究,根据临近空间目标状态方程的特点,分析了目标跟踪中常用的卡尔曼滤波和粒子滤波算法的优缺点,并将这2种滤波与交互式多模型算法相结合,提出了交互式多模型-卡尔曼滤波算法和交互式多模型-粒子滤波算法,并通过CV,CA和CT 3种动力学模型进行仿真分析。仿真结果表明,采用这2种算法能够满足跟踪临近空间目标的要求,具有一定的工程实用价值。

临近空间目标拦截弹弹道设计与验证

针对临近空间高超声速目标拦截弹弹道方案进行了设计和验证。首先,论述了临近空间高超声速目标拦截弹弹道设计的必要性,以临近空间飞行器高抛-再入-滑翔方案为参考设计弹道,将全弹道分为主动段和滑翔段分段建模;然后,根据主动段、滑翔段分别以射程最远、末端速度最大为性能指标,通过飞行过程分析约束条件,建立弹道优化的最优控制模型;最后,基于Gauss伪谱法对主动段和滑翔段弹道优化问题进行求解。仿真结果表明,所得的弹道轨迹特征与高抛-再入-滑翔弹道方案一致,飞行参数满足约束条件。

临近空间目标探测分析

2010年美国在临近空间高超声速平台和武器研究领域获得了"里程碑"式的发展,高超声速飞行器具有突出的快速反应能力,使得"全球到达,全球作战"的作战理念成为可能。临近空间目标的出现对雷达预警探测系统的预警能力提出了挑战。文中在分析临近空间目标特征的基础上,研究了对临近空间目标预警探测的难点。

临近空间高超声速目标跟踪技术研究

由于临近空间高超声速目标具有高速度、高机动的特点,对此类目标的跟踪是一个研究热点问题。提出了一种基于容积卡尔曼滤波的临近空间目标跟踪方法,首先分析临近空间高超声速目标的运动特性,建立了临近空间高超声速目标的运动模型。然后通过三站测得时差信息,实现了对临近空间目标的跟踪。最后,对提出的算法与扩展卡尔曼滤波和不敏卡尔曼滤波进行了综合性能对比分析,并通过仿真结果验证了该算法的实时性有效性。

光度数据反演临近空间低速点目标形状尺寸信息

为了获取临近空间低速点目标的形状尺寸信息,进行了高空气球光学观测实验,研究了如何从光度数据中反演低速点目标形状尺寸信息。利用孔径测光技术处理地基探测装备所拍摄的实验图像数据获取目标光度数据。在反演过程中,采用球谐函数法和细分控制点法两种形状描述方法来参数化描述目标形状,利用球谐函数法的正则化函数、三角面元正则化函数和基于目标物理特性的正则化函数约束目标的形状变化,在对目标光度数据以及由两种形状描述方法产生的模型数据进行傅里叶变换的基础上,结合光学系统点扩散函数来反演空间目标形状尺寸信息。结果表明:两种形状描述方法反演的目标形状主要特征相似,表明这种形状特征是从光度数据提取到的。球谐函数法和细分控制点法反演出的目标等效直径相对误差分别为11.3%和22.6%,长度相对误差分别为11.6%和21.8%。由此表明:球谐函数法反演的临近空间低速目标形状误差较小,更能准确地反演出临近空间低速目标形状。

临近空间慢速平台SAR地面动目标检测与成像

临近空间慢速平台SAR具有生存能力强、持续工作时间长、机动性能好等特点。该文提出了一种临近空间慢速平台SAR地面动目标检测与成像方法。由于平台运动速度较慢,地面静止杂波多普勒展宽较窄,有利于将地面杂波与动目标回波进行分离。首先利用多普勒滤波器实现地面动目标回波与静止杂波的分离,提取出动目标回波;然后将一阶Keystone变换与变分辨多普勒调频率估计方法相结合,在动目标速度未知的情况下完成距离走动校正和距离弯曲校正,解决了动目标回波距离徙动校正难的问题。利用估计出的多普勒调频率设计出方位压缩函数进行方位聚焦,从而完成动目标的检测与成像。该方法不仅适用于地面慢速运动目标,同时也适用于快速运动目标。计算机仿真验证了该方法的有效性。

探测临近空间高声速目标的飞艇组网方法研究

为了提高对临近空间高声速目标的探测能力,探讨了一种飞艇红外组网探测系统的设计方法。提出了基于性能和基于效益的2种组网部署原则,设计了飞艇红外探测系统的组网量化指标,建立了飞艇组网系统部署模型,在此基础上设计了基于遗传算法的组网优化算法。仿真结果表明,该方法能够实现满足多种性能指标要求的飞艇红外组网探测系统的优化部署,为临近空间高超声速目标的探测提供了新的思路。

临近空间高超声速目标天基红外探测技术研究

目前试飞成功的临近空间高超声速飞行器已经成为潜在威胁,对临近空间高超声速目标的预警探测成为了新的研究方向。分析了临近空间高超声速飞行器的目标特性,以美国天基红外系统为参考对象,利用STK(satellite tool kit)软件和灵敏度估算,分析了天基红外系统对临近空间目标探测的适用性,提出了天基红外系统对临近空间高超声速飞行器预警探测需要关注和解决的问题。

临近空间高超声速目标跟踪IMMCPF算法

临近空间高超声速目标具有机动特性强、轨迹变化快、强非线性等特点,在目标跟踪的过程中,易出现跟踪精度降低、滤波发散的问题。针对该问题,提出了一种交互式多模型容积粒子滤波算法。使用交互式多模型算法来对临近空间高超声速目标进行跟踪,使用容积粒子滤波算法对目标进行滤波预测。仿真结果表明,该算法跟踪性能优于交互式多模型卡尔曼滤波算法和交互式多模型粒子滤波算法,对临近空间高超声速目标有更好的跟踪效果。

高速目标距离、多普勒走动及其补偿方法

临近空间飞行器的出现对现役雷达系统提出了严峻挑战,其高超声速特点导致的跨距离单元、跨多普勒单元现象使雷达系统常用的相参积累处理失效,必须通过对目标回波信号进行速度、加速度补偿才能实现有效的积累。本文首先分析了临近空间目标的运动特性,及其导致距离、多普勒走动的原因,然后提出了通过Keystone变换以及加速度补偿处理的方法,并对工程实现中面临的问题进行了分析,最后通过仿真验证了算法的可行性。

天基红外系统对滑翔式高超目标探测性能分析

目前试飞成功的临近空间高超目标已经成为潜在威胁,对临近空间高超目标的预警探测成为新的研究方向。美国天基红外系统(SBIRS)是现阶段最完整最先进的天基预警系统。本文分析了助推滑翔式高超目标HTV-2的目标特性,以天基红外系统为研究对象,分析了其对高超目标全程探测性能,包括探测模式、探测覆盖性以及探测能力。

基于临空目标RCS预测的相控阵雷达资源自适应分配方法

针对相控阵雷达(PAR)探测临近空间高超声速目标(HGV)时雷达资源消耗过大、量测精度不高的问题,该文提出一种基于临空目标雷达截面积(RCS)预测的雷达资源自适应分配方法。该方法根据滑窗内目标状态与RCS信息,利用贝叶斯后验概率公式预测下一时刻目标RCS,并针对性地调整发射脉冲驻留时长,实现雷达资源的动态调整,使目标回波信号信噪比保持稳定,提高雷达跟踪性能。仿真实验表明,所提算法能较准确估计出目标RCS,进而自适应分配雷达资源,达到在不增加雷达资源消耗前提下提升跟踪精度的目的。

基于贝叶斯决策理论的NSHV分段建模威胁评估

临空高超声速飞行器(Near Space Hypersonic Vehicle,NSHV)具备复杂的运动模式和高动态特点,传统的威胁评估方法运用于NSHV时在评估要素选取和评估动态性等方面存在不足。从NSHV的飞行路径入手,将其划分为3个主要的飞行阶段,通过分析其各阶段运动特点和预警探测、拦截能力等因素,基于贝叶斯推理、决策理论建立起NSHV多阶段威胁评估模型,并通过先验概率将各阶段进行关联,保证了评估的继承性,最终建立典型场景进行仿真验证,仿真结果反映的威胁变化符合NSHV的作战特点和所给观测数据,证明该方法更适应NSHV的动态特性,能够为指挥员进行防御作战辅助决策提供支持。

平流层飞艇晃动对艇载雷达回波影响的分析

平流层飞艇载雷达系统较之地基雷达针对临近空间目标更具探测优势,但也存雷达探测性能受飞艇运动影响的问题,须结合飞艇的运动特点分析艇载雷达的回波形式。对此,本文从艇载雷达天线阵元的速度差别入手,分别建立了艇载雷达天线阵元的运动计算模型和艇载雷达回波计算模型。根据建立的模型,分析了飞艇晃动对雷达信号的影响,计算了不同因素对天线阵元速度的影响,并分别在天线阵元速度差别最大和最小的情形下进行了回波仿真,结果显示:在飞艇运动状态下,艇载雷达探测效果随目标距离增加而下降,但在不同的探测方向上下降程度是不同的。

基于多普勒信息的NSHT航迹起始方法

针对临近空间高超声速目标航迹起始困难的问题,依据超视距雷达能够提供目标精确多普勒信息的特点,从径向速度、径向机动能力和角速度3个方面推导了航迹起始约束条件,文中给出了更为精确的相关波门设计方法,通过目标运动特性确定最终航迹。仿真结果表明,该方法能够有效起始临近空间高超声速目标航迹,且效果优于传统利用目标位置信息进行航迹起始的方法。

大气层内模型预测静态规划拦截中制导

在临近空间机动目标拦截中,拦截器的初始动力段对中制导段乃至末端拦截性能具有重要影响。在模型预测静态规划(MPSP)理论基础上提出了一种初、中制导联合规划制导方法,旨在解决多阶段、快速、最优拦截轨迹规划和制导问题。首先,提出了一种改进的模型预测静态规划方法,该方法不仅可以满足终端约束,还可以生成最优初始状态,并在性能指标中考虑状态变量相关函数。其次,基于等效阻力模型建立了包含动力段与非动力段的两段规划模型,通过采用分段离散以及构建关机点变分关系的方法,避免了内点约束的引入,使MPSP算法可直接求解该两段规划问题。最后,结合提出的MPSP算法以及两段规划模型,实现了终端速度最优的拦截轨迹规划,结合目标预测方法,实现了对机动目标的预测拦截。仿真结果表明,本文方法可提高制导精度和终端速度,且能更好满足对机动目标的拦截需求。

圆弧预测变系数显式拦截中制导

为了满足临近空间机动目标拦截中制导预测和多约束要求,设计了一种基于圆弧预测的变系数显式拦截中制导方法。首先针对临近空间目标滑翔段飞行特性,提出了基于圆弧的几何目标预测方法,将目标机动轨迹近似为圆弧,通过多个间隔时刻的目标位置确定圆弧参数,依据圆弧预测轨迹估计剩余飞行时间,并以当前速度递推预测拦截点状态,进而推导了三维角约束显式制导律。在此基础上,通过在性能指标中构建动压权重函数,以飞行动压近似可用过载变化,设计了变系数显式制导律,实现了制导增益的自适应更新,从而可以使得需用过载在飞行全程中合理分配,满足可用过载约束。最后结合圆弧预测和变系数显式制导,实现了对机动目标的预测拦截。仿真结果表明所提方法具有较好的目标预测精度,而且可以满足终端交会角以及可用过载约束。