临近空间高超声速目标拦截方法设计与分析

针对临近空间高超声速目标拦截困难的问题,结合目标在不同飞行阶段的运动特点,将飞行全过程分为助推爬升段、巡航段高层、巡航段低层、攻击段高层和攻击段低层进行拦截,给出了三段五层拦截的作战流程,并进行可行性分析.仿真结果表明,三段五层拦截方法拦截次数增加、拦截成功概率增大,采用多杀伤器(MKV)能实现对临近空间高超声速目标的有效拦截,具有一定现实意义.

临近空间高超声速助推-滑翔式轨迹目标跟踪

针对临近空间高超声速、助推-滑翔式轨迹目标跟踪的问题,提出一种经度-纬度-高度坐标系(Longitude-Latitude-Altitude,LLA)下基于目标轨迹特性分析的三维投影跟踪算法。首先,针对临近空间目标在经纬方向上的线性高超声速运动和高度方向上高机动频率运动的不同,将目标量测分别投影到经纬平面和高度方向上,并通过分段跟踪处理,以减小耦合误差对目标跟踪精度的影响;接着,在对目标高超声速特性充分分析的基础上,利用经纬方向上的点迹归并和凝聚处理,以有效解决目标高超声速运动所引起的分裂问题;然后,在对目标高度IMM跟踪的基础上,通过对加速度突变的合理检测和补偿,以进一步实现目标在高度方向上高机动频率运动的可靠跟踪;最后,结合统计学原理,将目标在同一时刻不同跟踪段中的状态估计相关联,以有效实现临近空间高超声速、助推-滑翔式轨迹目标的精确跟踪。仿真结果表明,与现有的临近空间目标跟踪算法相比,该算法具有较高的定位跟踪精度。

临近空间高超声速目标跟踪动力学模型

针对临近空间滑跃式高超声速目标(NSHV)跟踪问题,提出一种新型的动力学跟踪模型。首先从动力学方程与横纵向机动样式两个方面分析了NSHV运动特性,将其抽象为滑跃式NSHV气动加速度相关性的一般规律;在此基础上将气动加速度中的阻力与爬升加速度建模为二阶时间相关模型,使其加速度自相关函数同时具备周期性与衰减性,并据此建立了动力学跟踪模型状态方程;此外,为应对有无动力段转换的误差突变问题(有动力的情况),引入强跟踪滤波进行突变点的滤波补偿。最后通过与不同现有算法比较验证了模型的优越性。

一种临近空间高超声速目标检测前跟踪算法

针对传统算法无法对临近空间高超声速目标进行有效检测的问题,提出了一种基于Hough变换和多条件约束的检测前跟踪算法。首先采用时间-径向距离量测(TBD)数据进行Hough变换,将参数空间变量θ作为积累约束条件来避免无效积累,得到目标可能航迹;之后对所有可能航迹进行速度约束和航向约束,进一步剔除虚假航迹和航迹内杂波点;最后对同一目标航迹进行合并,得到最终确认航迹。通过仿真对算法有效性进行了验证,并分析了不同信噪比和杂波密度条件下的算法性能,仿真结果表明,算法能够在杂波环境下对临近空间高超声速目标进行有效检测。

临近空间高超声速目标MCT跟踪模型

针对传统单模型不能有效跟踪临近空间高超声速目标的问题,提出了一种Modified Coordinate Turn(MCT)跟踪模型。根据临近空间高超声速目标在巡航段跳跃飞行的特点,假设目标角速度为一阶时间相关过程,借助"当前"统计模型的思想,对目标角速度进行实时修正,结合扩展卡尔曼滤波算法,实现对目标的稳定跟踪。Monte Carlo仿真结果表明,新模型能够实现对临近空间高超声速目标在巡航段跳跃飞行的准确跟踪,并且跟踪性能稳定,具有较强的实用性。

LFM雷达对临近空间高超声速目标的跟踪研究

针对临近空间高超声速目标跟踪的问题,提出了一种ECEF坐标系下基于径向速度补偿和相邻时刻目标量测对消处理的高超声速目标跟踪算法.首先,充分分析了目标高超声速运动对雷达探测跟踪的影响,并在此基础上合理构建了目标高超声速运动下的量测模型,以避免模型失配所引起的滤波发散问题;其次,利用解模糊处理后的径向速度估计对目标高超声速运动引起的高动态偏差做近似补偿,以将问题转换为低系统偏差下的状态估计问题,最后,通过基于相邻时刻目标量测对消处理的单雷达量测方程构建,可有效回避低系统偏差存在下的航迹关联问题,进而实现临近空间高超声速目标的可靠跟踪.仿真结果表明,与现有的临近空间目标跟踪算法相比,该算法具有较高的定位跟踪精度.

临近空间高超声速滑跃式机动目标跟踪的IMM算法

临近空间高超声速飞行器运动轨迹未知且运动状态多变,传统的单模型算法会与之发生失配进而影响目标跟踪精度。针对目标的滑跃式机动,提出采用基于CV-CA-正弦波模型的交互式多模型(IMM)算法对其进行跟踪,并与基于CV-CA-Singer的IMM算法、基于CV-CA-CA的IMM算法的跟踪效果进行比较。Monte Carlo仿真实验表明,基于CV-CA-正弦波模型的IMM算法对临近空间高超声速滑跃式机动目标具有较好的跟踪效果。

临近空间高超声速跳跃式滑翔目标跟踪模型

针对临近空间高超声速跳跃式滑翔目标跟踪问题,在分析目标运动特性的基础上提出了一种二阶时间相关的新型机动跟踪模型,该模型的核心是将加速度作为具有衰减振荡自相关的零均值随机过程,并据此构建了跟踪临近空间高超声速跳跃式滑翔目标的状态方程;为进一步分析模型的运动适应性,结合卡尔曼滤波算法推导了模型的系统动态误差稳态值,从模型参数取值的角度探讨了模型的适应性问题;为提高模型参数设计的合理性,分析了模型中两个参数的对应关系,并给出了参数设计的大致参考区间.理论分析表明,模型具备周期性与衰减性的统一,在短时间内主要表现为周期性,在长时间内主要表现为指数衰减性,这一特性提高了对临近空间高超声速跳跃式滑翔运动描述的合理性,此外,该模型跟踪临近空间高超声速跳跃式滑翔目标时的参数理论取值具有较低的系统动态误差稳态值.仿真实验表明与已有的临近空间高超声速目标单噪声机动模型相比,该模型具有较高的跟踪精度;并通过比较不同参数下的仿真结果一定程度说明了参数取值方法的合理性.

一种可行的临近空间高超声速目标航迹起始方法

针对传统算法在临近空间高超声速目标航迹起始中存在的问题,提出了一种可行的多规则快速航迹起始方法。在分析临近空间高超声速目标特性的基础上,首先通过高度约束和速度约束减少杂波干扰,建立可能航迹,然后利用速度约束和加速度约束建立候选航迹,最后通过角度约束来剔除V字形航迹和确定真实航迹,并进行了Monte Carlo仿真。结果表明:该方法能够在杂波环境下对临近空间高超声速目标进行航迹起始,并且正确航迹起始概率高,虚假航迹起始概率低,平均航迹起始时间短,具有较好的工程应用前景。

临近空间高超声速目标跟踪技术及展望

临近空间高超声速目标对空间防御系统和跟踪技术提出了挑战。文中简要介绍了临近空间高超声速目标的特点;从跟踪算法和目标探测技术两个方面概述了当前临近空间高超声速目标跟踪技术的研究现状;从滤波算法、目标运动模型、目标探测系统和信号处理方法等方面分析了临近空间高超声速目标跟踪技术的发展趋势,提出了一些思考及可行性建议。

一种新的临近空间高超声速目标跟踪算法

针对临近空间高超声速目标飞行速度快、机动特性强和周期性滑跃的运动特点,提出一种基于不同正弦模型(Sine模型)相交互的临近空间目标跟踪算法。首先,针对临近空间目标所特有的周期性滑跃特性的运动轨迹,采用基于低角速率的Sine模型有效解决现有机动目标模型对临近空间目标跟踪精度不高的问题;然后,针对目标滑跃式轨迹运动的特点及其参数未知的情况,通过多个不同角速率的正弦模型相交互,进一步提高正弦模型与临近空间目标所特有的周期滑跃式轨迹的匹配程度。仿真实验表明,与现有的临近空间目标跟踪算法相比,该算法具有更好的定位跟踪精度。

临近空间高超声速目标RHT-TBD算法

针对临近空间高超声速目标检测前跟踪问题,提出了一种基于随机Hough变换的检测前跟踪算法。通过对临近空间高超声速目标量测数据进行误差分析,采用时间-径向距离平面进行随机Hough变换,将量测转换到参数空间,并通过计算分析得到参数空间中进行参数合并时允许误差的选取标准,对目标量测进行积累。通过仿真对算法有效性进行了验证,并将本文算法与标准HT-TBD算法进行了比较分析。仿真结果表明,相比于标准Hough变换,本文算法能够有效减少算法运行时间和虚假航迹数,对临近空间高超声速目标进行有效检测。

临近空间高超声速机动目标跟踪的IMM-QB算法

经典的交互式多模型(IMM)算法由于转移概率矩阵固定不变,在跟踪运动状态未知且多变的临近空间高超声速目标时存在一定的不合理性。通过采用准贝叶斯(Quasi-Bayesian)估计对转移概率矩阵在线调整的方法,与基于CV-CA-Singer的经典交互式多模型算法进行融合形成了IMM-QB算法。Monte Carlo仿真实验表明,IMM-QB算法对临近空间高超声速滑跃式机动目标的跟踪精度有一定程度的提高。

临近空间高超声速滑翔目标地理位置估计

为了提高临近空间高超声速滑翔目标在地心地固(ECEF)坐标系下地理位置的跟踪精度,基于目标的三自由度弹道方程对其轨迹进行分析,提出将轨迹投影到高度,经度,纬度三个坐标方向,在高度方向的轨迹衰减震荡,将加速度描述为零均值的正弦衰减震荡自相关随机过程,构造了一个位置滤波器,在经度和纬度方向的轨迹线性偏移,将角度的变化率描述为零均值的指数自相关随机过程,构造了两个角度子滤波器,将三个滤波器并行运行以实现目标的三维跟踪,仿真表明该算法具有较好的跟踪精度。

临近空间高超声速目标跟踪方法研究

临近空间高超声速目标跟踪技术研究在空天防御系统中具有重要军事意义和理论价值。本文综述了临近空间高超声速目标跟踪中的目标运动建模、目标跟踪算法等研究内容的研究进展,并对其存在的问题进行了深入分析。针对这类目标跟踪存在的问题,结合临近空间高超声速目标探测跟踪需求,指出了临近空间高超声速目标跟踪技术的研究思路,为相关研究提供了参考。

一种新的临近空间高超声速目标跟踪算法

针对变结构多模型算法(VSMM)在模型集自适应转换过程中,模型集选取容易出现只在单一类型模型中选取的问题,提出一种基于模型集匹配程度检测激活不同类模型的方法。在连续4个滤波周期没有激活不同类模型时,对每个周期所使用模型集与真实运动模式进行匹配程度检测,以此决定是否激活不同类模型。该方法既能有效解决模型转换的缺陷,同时避免了因单个滤波周期内检测判决导致算法切换频繁的问题。仿真结果表明,对比传统算法改进算法能有效提高跟踪性能。

临近空间高超声速目标自适应采样跟踪算法

针对传统自适应采样跟踪准则只适用单一模型且采样率稳定性差的问题,提出一种基于相对机动强度(relative maneuvering strength,RMS)的自适应采样交互多模型(interacting multiple model,IMM)算法。该算法构建了机动灵敏的主导因子;将期望协方差与实际协方差的偏差与门限值进行比较来修正指数参数,在保证跟踪精度恒定的同时降低资源消耗;考虑到采样率稳定性因素,引入平滑因子,设计线性形式自适应采样率公式。通过仿真试验对比,结果表明3种对比算法跟踪精度相近,新算法采样点数少,采样率突变点少。以此验证了新算法在跟踪数据率和采样率稳定性方面的优越性。

临近空间高超声速目标预警探测若干研究进展

防御方进行临近空间高超声速目标预警探测基础研究和工程研制需要对该领域形成系统全面的认识。为此详细总结与分析该领域最新研究进展:围绕该类目标的预警探测问题,在简要介绍目标类型及特点的基础上,从目标特性、预警装备体系构建与运用和预警探测关键技术等3个方面对国内外的研究进展情况进行归纳梳理。分析总结结果表明,该领域当前研究存在试验验证少、定性讨论多、体系运用探讨不足等问题,防御方需要据此开展针对性的研究。

临近空间高超声速目标及其防御

介绍了美国临近空间高超声速飞行器的发展历程,分析了临近空间高超飞行器的战略意义和目标特性。根据临近空间高超声速目标对防御系统预警能力时间性、高速机动目标精确探测、拦截弹机动过载和高精度制导控制等要求,阐述了预警探测系统、指挥控制系统和拦截武器系统可采取的措施。

一种临近空间高超声速目标跟踪算法

通过参考美国X-43A高超声速飞行器第二次试验飞行弹道,建立了临近空间高超声速目标的运动模型。针对目标跟踪中状态方程和量测方程存在的非线性问题,提出了一种基于不敏卡尔曼滤波的改进"当前"统计模型自适应滤波算法(ADE-UKF),并将此算法与基于"当前"统计模型的不敏卡尔曼滤波算法(CS-UKF)比较,仿真结果表明,该算法在跟踪临近空间高超声速目标时,具有良好的跟踪性能。