红外成像导引头对隐身飞机探测性能提升途径分析

隐身飞机的出现对现有雷达和红外制导空空导弹的目标探测能力都提出了挑战。由于隐身飞机对雷达隐身的效果优于红外,相对而言,红外制导空空导弹具有反隐身的优势。但红外导引头仍需采取一定的措施以提高其对隐身目标的探测识别能力。本文针对红外成像导引头探测隐身目标能力提升需求,首先梳理了隐身飞机的红外辐射特征,之后根据红外成像导引头探测性能的影响因素,提出了采用双色/多波段成像探测、优化系统工作参数设计、提高成像质量和场景自适应性、采用低信杂比目标检测截获等技术以提高系统对隐身飞机的探测识别能力。

滚仰式导引头斜置方案下的过顶奇异问题控制策略

在末制导阶段,由于制导目标位于弹体纵轴附近,滚仰式结构的导引头易出现奇异性问题而难以精确跟踪目标。针对上述问题,提出基于斜置方案的滚仰式导引头过顶奇异问题控制策略。在导引头稳定平台相对弹体斜置边界俯仰框架角的基础上,通过控制弹体的滚转运动,保证导引头光轴始终避开过顶奇异区域,实现目标位于弹体纵轴附近和斜置导引头初始光轴附近两个过顶奇异区域的稳定跟踪。研究结果表明:所提策略相比于增设第三轴的方法,导引头体积小、质量轻;相比于分区域变参数控制策略,解决了静止和减速控制时过顶奇异区域内导引头对视线角速度跟踪失效的问题;仿真对比结果验证了所提策略具有跟踪精确度高、有效抑制控制系统失稳、降低探测器失调角的特点。

导引头稳定平台离散时间预设性能控制

针对现有离散时间预设性能控制方法对滑模趋近律依赖度高、抖振缺陷明显的难题,通过创建一种摆脱了滑模控制的设计新框架,为拦截弹导引头稳定平台提出了一种离散时间预设性能控制新方法。首先,设计一种离散时间性能函数对跟踪误差的收敛轨迹进行包络约束;然后,定义一种离散时间转换误差并将其用于构造一种新颖的反馈函数;设计离散时间控制律对新开发的反馈函数而不是转换误差进行镇定,不仅保证了所有跟踪误差均具有期望的预设性能,还摆脱了控制算法对滑模趋近律的依赖性,从根本上解决了控制抖振难题;最后,通过数值对比仿真验证了所提方法的有效性与优势。

反装甲导弹导引头抗干扰能力与关键技术发展

针对反装甲导弹面临的复杂战场环境、多样化作战目标和复杂干扰环境,分析其抗干扰能力和关键技术需求。分析反装甲导弹导引头面临的干扰威胁、抗干扰特点和不足,以科学高效提升反装甲导弹导引头抗干扰能力为目标,给出相关措施与建议。结果表明,该分析可为提升反装甲导引头抗干扰能力提供参考。

类THAAD导引头气动光学效应计算研究

针对类美国末段高空域防御(Terminal High Altitude Area Defense,THAAD)系统的红外导引头外形,开展了气动光学效应计算分析,并将其用于飞行器设计。利用国家数值风洞工程高速流场计算软件NNW-HyFLOW,考虑热化学非平衡效应和材料传热耦合效应,对导引头典型状态的流场进行了模拟,获得了流场的密度、温度、压力等参数和窗口的温度场参数。基于流场参数,利用HyFLOW气动光学传输效应计算功能,开展了红外光学传输成像计算;利用HyFLOW气动光学辐射效应计算模块,开展了流场和光学窗口的热辐射计算。计算结果表明,类THAAD导引头在30 km以上飞行时,流场和光学窗口基本不会影响目标信号的光学传输成像,但流场和窗口的热辐射效应会对导引头识别目标造成影响。不过随着飞行高度的升高,这种影响会减小。

大掠射角对海雷达导引头实测回波特性分析

大掠射角下,对海雷达导引头观测到的海杂波强度激增,舰船目标检测困难。本文结合全极化雷达导引头挂飞实测数据,分析了回波幅度和相位特性。首先,采用典型分布对回波幅度分布进行拟合,并利用拟合优度对拟合效果作出评估;然后,分析了平均相位变化量。结果表明:在大掠射角条件下,雷达导引头各极化通道海杂波幅度服从K分布;海杂波与舰船回波幅度在同极化通道服从K分布,在交叉极化通道服从对数正态分布;交叉极化通道回波信杂比高于同极化通道;海杂波与舰船回波相位平均变化量小于海杂波。

滚仰式导引头跟踪策略研究

为了简化滚转-俯仰式导引头的跟踪过程,提出并通过实验证明了一种应用于此结构的跟踪方案。通过分析滚-仰式导引头的工作原理及特性,提出基于解像旋机理跟踪目标的新方法,以简单、有效地应用于工程实际。与传统坐标转换法不同,新方法的精度受到光轴等机械误差的影响更小,容错率更高,适用性、实时性更强,且可以同时通过角速率陀螺数据作为反馈进行任意方向的扰动补偿。根据陀螺安装方式的不同,通过推导导引头稳定平台状态及导引头与弹体间的相对运动关系得到稳定公式,完成控制系统的设计。通过半实物仿真进行实验验证,静态跟踪实验结果证明了新的跟踪方法具有可实用性。在动态跟踪实验中分别使用传统坐标转换法和新提出的解像旋法进行跟踪。动态实验结果表明:解像旋法在存在载体扰动情况下仍然适用;相比传统坐标转换法,解像旋法较大幅度地提高了跟踪精度,x轴跟踪误差RMSE值减小了79.10%,y轴减小了90.04%。

光电成像导引头机理和数据融合建模方法

全数字仿真在光电成像制导武器设计研制、试验鉴定乃至作战训练中都扮演着十分重要的角色。为了解决当前光电成像制导武器全数字仿真试验中缺少导引头数学模型的难题,本文依据数字孪生思想,提出了一种机理与数据融合的光电成像导引头建模方法。以典型红外成像导引头为例,基于红外探测识别的基本原理构建了其探测识别过程的机理模型,然后基于红外成像导引头在不同工作场景下的实测数据集,构建了其制导指令数据模型,最后基于该“机理+数据”融合模型,开展了针对固定目标和运动目标两种典型作战场景不同干扰条件下的全数字仿真试验。试验结果表明,机理和数据融合模型能够比较真实地反映红外成像导引头在复杂对抗场景下的性能特征。

基于极化与距离像特征融合的雷达导引头角反射器鉴别方法

角反射器形成的强假目标干扰给反舰导弹雷达导引头目标识别带来了严峻的挑战。为提高反舰导弹雷达导引头抗冲淡式角反射器干扰能力,提出一种基于极化与高分辨距离像(high resolution range profile,HRRP)多特征融合的角反射器鉴别方法。结合3种场景下的实验数据,首先从海杂波中提取雷达导引头目标回波信号;其次,分析了角反和舰船回波的峰值个数、径向尺寸等5个距离像特征,以及极化相关系数均值等3个极化特征。实验数据处理结果表明,舰船与单个角反特征差异明显,与阵列角反特征差异减小;然后利用支持向量机(support vector machine,SVM)方法,基于实验数据设计5组测试,分别检验了单特征和多特征融合的鉴别性能。测试结果表明,单特征鉴别方法性能不稳定,而所提出的三特征融合鉴别方法更具稳健性,在5组测试中鉴别准确率均达到92.86%以上。

面向作战仿真的导引头动态成像过程模拟方法研究

作战仿真技术被广泛应用于体系仿真、武器装备研制论证以及作战效能评估,在反舰作战仿真过程中,经常需要模拟红外制导导弹对目标进行探测、追踪制导以及毁伤评估,均涉及目标区域红外图像动态生成。通过分析海上目标红外特性建立了舰船红外辐射模型,对导弹飞行中动态获取目标图像过程建立了导引头动态成像模型。基于国产数字地球仿真引擎研究了作战仿真中导引头红外成像过程模拟方法,开发了海上作战对抗仿真系统并实现了不同弹目距离、不同攻击方位的红外目标图像模拟。结果表明,提出的导引头动态成像过程模拟方法能在导弹飞行过程中对不同战场环境、不同作战目标进行实时红外成像模拟,从而为作战仿真推演提供支持。

基于RBF神经网络与SLAM的全捷联导引头定位研究

针对全捷联导引头探测器和IMU传递函数的需要进行相位匹配的问题,利用在线学习的RBF神经网络进行相位匹配算法设计,利用Z变换进行离散化处理;针对全捷联单模和多模导引头的相位匹配算法进行了设计与分析,并通过Matlab/Simulink联合仿真实验验证了算法的效果。同时,结合SLAM系统进行同时定位矫正,提升导弹的定位精度与全捷联导引头的导引准确度。

基于压缩感知的被动雷达导引头信源数估计方法

随着雷达反摧毁技术的发展,被动雷达导引头面临着在雷达和诱饵形成的不完全重合信号中进行超分辨测向的挑战,需要单快拍测向技术。现有测向技术大多假设信源数已知,而传统的信源数估计方法在单快拍时性能大幅下降甚至失效。为解决这一问题,提出了一种基于压缩感知的单快拍信源数估计方法。该方法首先将被动雷达导引头阵列测向模型稀疏表示,其次通过子空间算法和压缩感知算法相结合进行降阶和解相干处理,然后提出一种改进的正交匹配追踪算法,研究残差的变化规律,最后构造目标函数估计信源数。仿真实验表明,该方法在单快拍、阵元数少、信号相干的极端情况下估计成功率较高。

基于主被动复合导引头的干扰态势构建

在导引头主被动信息融合过程中,存在多装备与多目标平台关联困难、无法有效提取目标特征信息,难以有效融合构建态势的问题。因此,本文提出一种将导引头主动雷达信息和被动侦察信息融合的数据关联方法。该方法先提取导引头干扰态势表征要素,然后以目标方位为中心,将平台与装备关联,构建干扰态势。本文通过主被动信息融合构建的态势,在原先分离的平台和设备间建立空间位置与搭载的关系,可以有效地消除欺骗式干扰和多径散射假目标,提高态势认知效率。

对美军空空导弹雷达导引头技术体制的推测

近几十年来,世界各军事强国竞相发展隐身技术,战机典型RCS已经从0.1~1 m^(2)下降到-40 dBm^(2),隐身目标探测成为空空导弹雷达导引头领域亟待解决的难题,有源相控阵导引头技术被广泛认为是最有可能解决空空导弹对隐身目标探测的先进技术,但成本高,且对隐身目标探测能力提升有限。本文结合美军近年来中距空空导弹改进项目以及从平台中心战转向网络中心战、体系中心战的大背景,通过对机载雷达、TVM(Track via Missile)雷达导引头以及Ku和Ka波段主动雷达导引头在晴天和雨天条件下对典型隐身目标探测距离计算分析的基础上,认为美军可能在发展TVM雷达制导与主动雷达制导复合的制导方式。X波段TVM雷达导引头技术可以充分利用机载雷达资源,提升导引头对隐身目标探测能力,相比有源相控阵导引头技术成本大幅度降低。

平台式导引头隔离度模型在线辨识方法

针对平台导引头隔离度模型在线辨识问题,提出一种改进卷积神经网络的导引头隔离度模型辨识方法,实现对不同干扰力矩以及天线罩误差等干扰参数影响下产生的隔离度模型高效辨识。首先,建立平台导引头模型,推导出隔离度传递函数,并搭建基于隔离度寄生回路的制导回路平台,获取弹体扰动下的视线角速率信息作为训练和测试数据。然后,利用卷积神经网络对视线角速率信号进行特征提取和特征降维。最后,经分类输出模型诊断结果。仿真结果表明,所提辨识方法对隔离度模型识别正确率能够达到99.7%,相较于传统方法提高了模型辨识准确率和快速在线辨识能力,具有较好的工程应用前景。

基于复合导引头态势的抗干扰评估方法

针对雷达抗干扰效果评估中,抗干扰方获取评估信息困难、主观性强等问题,以主/被动复合导引头的态势变化为主线,基于主动导引头感知的位置态势和导引头本身的态势、主/被动导引头侦察到敌方有源干扰信号的态势信息,建立抗干扰评估指标体系。基于态势的麻雀搜索算法优化卷积神经网络(Sparrow Search Algorithm-Convolutional Neural Network, SSA-CNN)方法开展导引头抗干扰效果评估。在态势信息存在缺失时,采用卷积自编码器(Convolutional Auto-Encoder, CAE)完成非完备信息下的导引头抗干扰效果评估。仿真结果表明,在复杂干扰环境下的2种人工智能算法对导引头抗干扰评估均具有优秀的有效性和准确性。

某导弹导引头框架动力学响应特性分析

随着导弹飞行速度、制导精度等的不断提高,导引头系统面临的力学工况也日益严苛。本文以导引头系统的重要主承力框架为研究对象,基于结构动力学理论给出动力学模型,并据此建立仿真数值模型研究其动力学响应特性,利用ANSYS开展模态分析、挂飞振动分析及冲击响应分析,给出结构变形、应力分布及其相关规律。结果表明,结构设计合理可行,对同类型产品结构设计和优化具备广泛指导意义。

导引头光学舱陀螺稳定平台设计

针对某红外导引模拟系统隔离度高、低速平稳性好、动态响应快的要求,从传动刚度、传动空回、框架转角、框架体积质量、控制难易及安装复杂程度等方面出发,通过分析比较万向框架式、连杆结构式、弧型结构式等稳定平台常见机构构型的特点和适用范围,选定并设计以速率陀螺为核心构成的万向框架式两轴陀螺稳定平台。分析了陀螺稳定平台隔离扰动的稳定原理,详细介绍了该陀螺稳定平台的结构构成、主要元器件选型及结构模态分析。样机测试表明,该陀螺稳定平台结构合理,能够较好地满足系统各项设计指标要求。

基于波束指向修正的提升相控阵导引头目标截获概率方法

相控阵雷达导引头在搜索阶段不论采用哪种扫描方法,均存在波束偏置测角的情况,而基于雷达测角的基本原理:波束偏置时测角误差较大,导致截获波束指向偏差较大,有一定概率导致目标截获失败。针对此问题本文提出一种可以有效提高相控阵导引头截获概率的波束指向修正方法。通过数字仿真分析得出利用修正后的波束指向完成目标截获可以有效提升导引头的角度截获概率。

激光导引头波门诱偏干扰策略设计

超前同步干扰以固定的超前量转发干扰信号进入激光导引头波门,干扰成功概率是基本固定的,并且干扰和制导信号同时在波门内,导引头有机会和条件采取进一步的抗干扰措施,根据实时波门的原理,提出一种基于波门诱偏的激光导引头干扰方法,设计了干扰信号,探讨干扰的机理,通过分析制导信号、干扰信号以及波门的时序关系和相互作用过程,得到了干扰条件下波门内信号分布,选择典型参数,仿真模拟了超前同步和波门诱偏两种干扰状态,得到了干扰条件下波门对信号录取的特性,概率分析验证了波门诱偏干扰的相对优势,分析结果可为干扰参数和过程的设计提供参考。