基于检测前聚焦的临近空间高动态飞行器雷达探测研究

最近涌现的临近空间高动态飞行器存在超高速、高机动、超远程、低RCS、等离子鞘套、电离层污染、宇宙射线干扰等显著区别于常规目标的特性。基于空天地不同平台雷达临近空间高动态飞行器通用信号建模,该文提出了分布式组网、多维度、变模型、多目标、微运动、非参数化等应用的检测前聚焦雷达信号处理新方法,通过多维参数空间相参积累和能量聚焦,克服尺度伸缩、任意运动、孔径渡越、稀疏子带、跨距离、跨多普勒和跨波束等效应,有效抑制电离层污染和有源干扰,显著提高临近空间高动态飞行器的目标检测、参数测量、聚焦成像、机动跟踪、特征提取和属性识别等环节性能。该文方法适用于临近空间高动态目标也适用于探测常规雷达目标,适用于新体制雷达也适用于常规体制雷达,具备重要的学术理论价值和广阔的应用前景。

高动态临近空间飞行器的姿态自适应解耦控制

研究飞行器空间动态特性优化控制问题,高动态临近空间飞行器的姿态运动模型是一个多变量非线性时变不确定系统,由于小扰动线性化理论和系数冻结基本假设的传统三通道独立综合(设计)方法已很难适用。针对多变量非线性时变不确定系统对象的非线性设计方法来解决控制问题。提出了一种神经网络自适应反馈线性化方法,用FCMAC神经网络估计实际模型和标称模型间精确线化反馈阵的误差,修正实际系统的反馈线性化模型,有效克服了反馈线性化需要被控对象精确建模的局限性,实现了高马赫、大空域、快角度机动条件下的姿态解耦控制,并进行仿真。仿真结果表明:解耦控制系统在气动拉偏30%下超调小于7%,通道间交叉耦合小于1°,能够满足对象的控制要求。

一种临近空间高动态飞行器等离子鞘套自动判别方法

临近空间高动态飞行器在高速飞行过程中与大气强烈作用,形成十分复杂的高温等离子鞘套,改变了目标的散射回波特性,给目标探测带来不确定性,需要及时判别当前目标是否处于等离子鞘套状态。本文提出一种基于波形熵判别和变带宽确认的等离子鞘套自动判别方法,首先提取目标回波波形熵、包络长度等特征信息,利用模糊分类器进行基于波形熵的群目标判别,其次根据鞘套与目标和目标之间的距离与信号带宽的关系差异,通过检测不同带宽回波的包络长度变化,对鞘套和目标进行判别。仿真结果验证了本文所提方法的有效性。

高动态临近空间飞行器海上组网测控方案设计

为解决高动态临近空间飞行器海上测控对测量船数量需求较多、现有船队规模无法满足的难题,在分析测控需求特点的基础上,提出了一种基于测量船与临近空间飞艇组网测控的新模式。结合近中程、远程飞行试验分别进行了测控总体方案设计,并讨论了海上组网测控需要研究的关键技术。相关研究对我国后续开展高动态临近空间飞行器海上测控系统建设具有一定的参考价值。

临近空间高动态飞行器通信设计与仿真

针对临近空间高动态飞行器容易受到空间干扰影响,导致通信质量下降甚至中断的问题,详细分析了临近空间高动态传输信道所受的三种主要干扰:雨衰、多径、黑障,并进行综合建模,重点研究了黑障的衰减特性和建模方法。同时,针对该信道特征提出了一种临近空间高动态飞行器上下行通信系统模型,仿真结果表明,该通信系统模型满足临近空间高动态飞行器通信传输要求,验证了模型方案的有效性,为未来临近空间高动态飞行器通信技术提供了一个全新的理论参考。

Ma4～6级别临近空间飞行器材料体系研究

介绍了Ma 4～6级别临近空间飞行器飞机表面瞬态温度的计算方法及表面温度分布;阐述了热防护系统的分类及其特点;重点讨论了高马赫数临近空间飞行器对材料的使用要求,以及满足Ma 4～6级别临近空间飞行器热防护要求的材料体系方案;提出高马赫数临近空间飞行器的热防护材料发展建议。

拦截高超声速滑翔飞行器:制导进展与展望

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空间拦截系统面对高超声速滑翔飞行器时存在的瓶颈进行探讨,并对中制导离线弹道生成与在线弹道生成、中末制导交班及末制导等关键技术相关研究进展进行梳理与总结;最后,结合当前研究进展、面临的挑战及未来临近空间拦截需求,研究分析临近空间拦截制导技术的发展趋势,为后续防御系统的发展提供参考。

基于移动预测的高动态飞行器路由算法

临近空间自组网中一类特殊的飞行器——高动态飞行器,由于具有很高的移动速度,造成网络拓扑变化频繁,传统自组网路由算法难以满足要求.在研究临近空间自组网节点运行特点的基础上,提出了一种基于移动预测的高动态飞行器路由算法,采用按需路由策略,在高动态飞行器的飞行轨迹上设置"路标",通过"路标"指示的路由进行数据传输.利用网络仿真软件NS2进行仿真实验,结果表明,该路由算法具有良好的网络性能,适合应用于高动态飞行器.

临近空间高机动目标二次滤波轨迹跟踪及预测

为解决单一观测器对临近空间飞行器长距离跟踪精度低的问题,采用了多观测器协同跟踪方法;为实现对临近空间高机动目标运动状态信息的准确拟合,提出交互多模型二次滤波方法;基于目标的跟踪信息,结合差分整合滑动平均自回归(Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型实现对目标轨迹的预测。仿真结果表明二次滤波轨迹跟踪及预测方法与传统跟踪预测方法相比,有效提升了对目标运动信息等跟踪预测精度,角速度跟踪误差从30%降低到5%以内,速度跟踪误差从20%降低到2%以内,并在无需大量先验信息的前提下实现对目标未来100s内的轨迹进行有效预测,误差不大于0.5km。

临近空间高超声速飞行器动力系统发展

临近空间高超声速飞行器由于特殊的使用环境和用途要求，需要大推力、高推重比发动机，同时也要兼顾经济可承受性的要求。本文探讨了该类发动机的主要技术特征，并对临近空间飞行器的动力系统发展提出了几点建议。

高马赫数临近空间无人机主要总体参数设计方法

针对高马赫数临近空间无人机(HSUAV)概念设计的需求,研究一种飞行器主要总体参数设计的改进方法,目的是提高主要总体参数设计的可信度。在现有的约束分析和任务分析方法基础上,通过融入适用性更广、预测精度更高的气动模型和推进系统模型,建立了一种迭代的设计计算流程。应用参数化建模方法建立了气动数值分析模型,应用发动机热力循环分析建立了推进系统模型。应用本文方法完成了高马赫数临近空间无人机主要总体参数设计计算,结果表明:经过若干次迭代设计计算,主要总体参数值收敛;由传统方法确定的主要总体参数与本文方法的结果有明显差别。由于本文方法中使用了可信度更高的气动和推进系统模型,根据本文方法确定的主要总体参数具有更高的可信度。

临近空间高动态飞行器控制技术研究综述

针对临近空间高动态飞行器的控制技术研究进行了综述。首先提出了高动态飞行控制技术面临的技术挑战,然后总结了近年来的主流控制方法,最后针对这些控制方法存在的问题以及高动态飞行器独有的特性,提出了几点关于高动态飞行器控制技术未来发展方向的几点建议。

采用高抛弹道的反临拦截器制导律设计

针对临近空间高超声速巡航飞行器拦截所面临的制导策略,由于相对速度极快,机动能力、速度均不占优势,因此需要进行高精度的中、末制导研究;在合理假设的基础上,建立了相对运动的数学模型,为了给末制导预留足够的机动过载,创新地提出了采用高抛弹道拦截的设计思路,根据不同的制导段飞行性能指标要求设计高抛弹道的复合制导律:初制导形成了一个初始抛射角,将拦截器抛射到较高的空域;中制导采用比例导引法,根据目标信息修正弹道倾角;末制导采用修正比例导引法,完成末段拦截的任务;为了保证各个制导律的平滑过渡,分别应用一次函数平滑算子和二阶平滑的三角函数平滑算子进行交接,针对临近空间高超声速巡航飞行器的弹道特征和机动性能,并对目标不同机动模式的拦截效果进行分析,仿真结果表明,所设计的制导方法能够对临近空间高超声速飞行器进行有效拦截,且制导律算法简单,有利于工程实现。

近空间飞行器及其关键材料

近空间的价值近空间,一般指距地面20～100千米的空域,处于现有飞机最高飞行高度和卫星最低轨道高度之间。这一区域是飞机上不去、卫星下不来的未开发和待利用空间,对于情报收集、侦察监视。

Ka频段馈源多波束引导概率分析

针对临近空间高动态飞行器的角度捕获引导问题,从馈源多波束引导与传统引导存在的差异入手,引入一次检测概率与持续检测概率的概念,并结合分组切换影响,设计给出馈源多波束系统引导概率分析方法。分析得出馈源多波束系统的四次引导概率能够超过99.5%,满足任务要求。该分析方法及给出的结论为Ka频段馈源多波束引导自跟踪的工程建设提供技术支持。

基于CPU+FPGA的实时临空信道模拟器设计

信道建模是研究临近空间通信技术、评估系统传输特性的基础和重要方法;临空飞行器从低速向高速发展,信道变化频次随飞行器速度增大而愈加频繁;为实现对临空通信过程中信道衰落的实时仿真,研制基于CPU+FPGA架构、参数1 ms更新一次的临空信道模拟器;该模拟器内置气象性损耗模型和无线信道衰落模型,CPU端通过设计状态机控制模块、优化参数计算逻辑、优化操作系统来压缩信道参数的计算时间;FPGA部分设计关键信息同步方案、基于状态机的双保障更新机制保证参数的可靠稳定传输、并行加速处理实现信息交互和增强信号处理速度;实测结果表明,上述方案有效提升了临空信道模拟器的参数计算速度和信号处理速度,可实现信道参数随收发机运动1 ms更新一次。

高超声速武器之“狼”性

高超声速武器经过几十年的技术况淀,迎来了井喷式发展,使临近空间不再是航空航天飞行器的“禁区”,而是新的战场。高超声速武器已经成为世界主要军事大国重点研制的“杀手铜”。近年来,随着超燃冲压发动机、热防护材料、制导与控制等高超声速关键技术的进步,高超速武器已逐步由想象变为现实。所谓高超声速武器,也叫高超音速武器,是指以高超速技术为基础、飞行马赫数大于5的武器。