空空导弹红外成像导引头建模与仿真

红外成像导引头仿真平台是分析导引头性能的重要手段,通过分析红外成像导引头仿真系统的设计要求,建立了仿真系统的总体结构,主要包括红外图像合成系统、成像探测系统、图像处理系统和平台伺服控制系统,并描述了各子系统的功能、组成、模型原理和工作过程。它们模拟了导引头接收目标红外辐射、从背景和干扰中检测识别目标并进行跟踪的过程。给出了系统的实现途径和攻击仿真实例,验证了系统的有效性,表明系统可用于改进导引头的性能设计。     

红外成像制导导弹虚拟战场仿真

红外成像制导导弹的战场环境包括导引头所探测到的目标，背景和干扰，本文提出了一种仿真方法模拟产生其战场环境，由目标，背景，干扰，大气，传感器五个模型相互作用生成，通过分析目标，背景和干扰的红外辐射特性，采用CIG技术将目标和干扰叠加到背景中，产生三维动态图像，真正实现战场环境的任意可变，加入导引头仿真模块，可以在实验室中考核制导系统的战场适应性，这正是外场打靶中难于考核或不能考核的重要性能。     

红外窗口冷却和窗口背景辐射计算

首先介绍高速飞行的红外导引头窗口的温度分布和窗口周围的背景辐射计算模型框架.给出"等效锥"法计算红外窗口气动热的方法和计算窗口致冷效率的工程模型,其中包括冷却窗口的温度分布的计算.描述了窗口背景辐射和红外传感器的信噪比计算方法.     

反临与反导预警探测特征比较

为厘清防御方对来袭临近空间高超声速目标性能的认识,进而改进现有导弹防御策略,对此类目标与弹道导弹之间的预警探测特征进行比较分析。通过建立颗粒度适中的目标运动模型、红外探测模型和雷达探测模型,采用同等仿真条件,详细、定量对比分析两类目标飞行高度和横向机动能力对地基预警体系的影响及红外辐射可探测性性能。比较分析结果表明,纵向射程相同时,高超声速目标更低的飞行高度和更强的机动能力导致雷达对目标搜索捕获难度更大,但其红外辐射强度大使得对目标稳定预警探测的时间更长。     

基于视线角信息的被动跟踪问题研究与仿真

针对大气层外拦截器使用红外导引头对目标进行被动跟踪的问题,在修正球坐标系下建立了仅有视线角测量信息的非线性滤波方程组,根据轨控发动机的工作状态分阶段设计了拦截器的导引规律,兼顾制导精度与滤波系统的可观测性要求,结合无迹卡尔曼滤波算法估计精度高和易于计算的特点实现了对目标的跟踪与制导信息的估计.以动能拦截器拦截处于自由段飞行的弹道导弹弹头为背景构造了计算机仿真试验,试验结果表明算法的跟踪效果和稳定性较好,拦截精度较高.     

前向拦截的三维制导模型及制导律设计

为了解决拦截器导引头的气动加热问题,提出了前向追踪(Head Pursuit)制导方法。该方法是将拦截器导引到目标轨道的前方并沿着和目标相同方向飞行,而在目标轨道的前方拦截目标,要求拦截器的速度低于目标的速度。在建立了目标和拦截器的三维制导模型基础上,采用全局二阶滑模控制理论设计了二阶滑模HP非线性制导律。并在考虑目标机动加速度未知的情况下,设计了观测器对目标机动加速度进行估计。通过拦截器拦截目标的弹道的数字仿真验证了制导模型和制导律的正确性。     

红外空空导弹导引头作用距离快速算法

分析影响红外导弹导引头作用距离的相关因素 ,经过适当的简化 ,得到导引头作用距离的快速计算模型。研制成功导引头作用距离估算软件 ,满足了红外导弹系统工程初步设计工程实践中对红外导引头作用距离计算的需求。     

基于多模型的捷联红外导引头隔离度在线补偿方法

以捷联红外导引头的工程应用为研究背景,针对刻度尺误差带来的隔离度问题,提出一种基于多模型(multiple model,MM)的隔离度在线补偿方法。建立了捷联红外导引头隔离度模型,分析了隔离度对导弹制导系统稳定性和制导精度的影响;对刻度尺误差进行离散建模,采用基于MM的滤波算法,实时更新每个模型与真实值匹配的条件概率,得到刻度尺误差的估计值,最后将当前时刻的刻度尺误差估计值代入到制导回路进行在线补偿。研究结果表明,捷联导引头隔离度的存在会削弱制导系统稳定性、降低制导精度,特别在寄生回路正反馈时影响更为严重;所提出的基于MM的隔离度在线补偿方法可较好地实时估计出作用于系统的刻度尺误差,并有效实现了对刻度尺误差引起的隔离度的在线抑制,具有较好的鲁棒性和自适应性,达到了改善制导性能,提高制导精度的目的。     

一种前向拦截的非线性变结构制导律

前向拦截制导方法是将拦截器导引到目标轨道的前方并沿着和目标相同方向飞行而拦截目标.这种方法要求拦截器的速度低于目标的速度,可以解决拦截器导引头的气动加热问题.在建立了目标和拦截器的运动学模型基础上,基于李亚普诺夫稳定性理论,在考虑目标机动加速度未知的情况下,根据滑模变结构控制对干扰和摄动的自适应性设计了前向拦截非线性变结构制导律.通过拦截器拦截目标弹道的数字仿真验证了制导律的正确性.     

多平台信息下机动目标拦截中末制导交班研究

针对多平台信息支持下,空基探测平台等外部平台相对地基平台信息精度降低,以及数据率降低带来目标机动误差影响增大,导致防空导弹武器导引头中末制导交班概率降低的问题,建立了空基平台探测信息误差传递模型,运用“当前”统计模型和转换坐标卡尔曼滤波,对目标机动进行预测。基于目标位置预测,推导采用导引头搜索交班算法,进行了交班性能仿真。仿真结果表明,采用目标机动预测和导引头搜索算法,在信息精度和数据率降低的情况下,能够提升防空导弹武器系统中末制导交班能力。     

杂波背景下机载雷达信号参数的射频隐身优化

面对对方先进的无源探测系统, 射频(radio frequency, RF)隐身是机载雷达抗干扰的一种重要手段。本文首先分析了杂波条件下机载雷达目标探测的RF隐身目标模型, 然后分别针对地杂波与海杂波背景, 以截获因子作为RF隐身性能评估指标, 分析了基于脉冲对消滤波与恒虚警(constant false alarm rate,CFAR)检测技术的机载雷达RF隐身设计方法, 并建立了相应的机载雷达信号参数RF隐身优化模型。仿真利用遗传算法对模型中的辐射功率、驻留时间与脉冲累积个数等机载雷达信号的关键参数进行求解, 仿真结果表明, 两种杂波背景下的信号参数优化模型均能有效地改善机载雷达的RF隐身性能。     

空中复杂目标对背景红外辐射的散射的并行计算

提出一种快速计算非朗伯面空中复杂目标对背景辐射的散射的方法。使用Modtran软件计算天地背景红外辐射亮度。将复杂目标表面划分成三角面元并在探测方向进行遮挡消隐处理,在图形处理器（graphic processing unit, GPU）内按背景光入射方向划分计算线程,线程内利用五参数双向反射分布函数（bidirectional reflectance distribution function, BRDF）模型计算可见面元对一个方向入射的红外辐射的散射亮度。把所有可见面元的计算结果加权平均获得复杂目标对背景辐射的散射亮度。通过对某飞机目标的计算结果对比发现,基于GPU的并行算法计算速度比中央处理器(central processing unit, CPU)提高了百倍以上。     

天基红外低轨卫星引导反导作战能力需求分析

反导防御系统中,拦截弹在天基红外低轨卫星信息引导下拦截弹道导弹目标时,需要考虑卫星的跟踪能力与拦截弹的拦截能力的匹配问题。首先,采用后验克拉美罗限的方法计算低轨卫星跟踪弹道导弹目标的能力,接着采用椭圆轨道线性化方程的方法计算预测弹道的误差,在目标预测弹道及拦截弹飞行性能的基础上建立预测命中点及其误差的计算方法,然后采用均匀点火策略分析预测命中点精度对拦截弹中段飞行修正能力的影响,通过可信性理论计算得到拦截弹的末段修正能力,最后通过仿真得到满足拦截弹中末段修正能力需求的低轨卫星的技术指标要求。     

海空背景下红外运动小目标的检测方法

针对海空背景下红外运动小目标的检测问题,提出了一种先前景抑制,再二值化,然后基于质心轨迹累加的序列检测流程。利用海空前景红外小目标图像灰度直方图一般呈现"双峰一谷"型式这个特点,前景抑制将海空前景分割和中值滤波结合起来进行。在前景抑制基础上,提出了基于分块门限分割的二值化方法进一步抑制随机噪声。最后,基于目标运动的连续性、规律性和噪声的随机性,在图像二值化基础上,进行了质心迹累加的序列检测。仿真实验结果表明:所提方法具有很好的检测效果。     

基于全局感知机制的地面红外目标检测方法

针对地面场景下的红外目标检测易受复杂背景干扰、检测精度不高、易发生误检和漏检的问题, 以车辆红外特征为研究对象, 提出了基于全局感知机制的红外目标检测方法。在以Darknet-53为主干网络的基础上, 结合具有全局信息融合的空间金字塔池化机制, 在增大模型感受域的同时增强了模型的全局信息感知力和抗干扰能力; 设计了平滑焦点损失函数, 解决了图像内因目标相互影响而导致的检测精度不高、易出现误检、漏检等问题。实验表明, 在Infrared-VOC320数据集上, 该算法的平均检测精度为80.1%, 较YOLOv3提高了4.4%, 检测速度达到了56.4 FPS, 有效提高了复杂背景下红外目标的检测精度, 实现了对红外目标的实时检测。     

海洋表面红外成像模拟

主要工作是对利用海浪谱模型，生成了海洋表面几何构形。考虑海洋表面自身的红外辐射以及海洋表面对太阳辐射和周围环境辐射中红外辐射的反射辐射，建立了海洋表面的红外光照模型。利用海洋表面的几何构形和红外光照模型的计算结果，生成了海洋表面的红外模拟图像。所模拟的图像符合实际情况，效果逼真，可以用于海洋背景下的红外目标的识别和仿真应用。     

星载太赫兹高频段大气背景辐射特性研究

太赫兹7~10 THz与红外相邻, 在空间态势感知、目标探测领域具有独特的优势。本文基于辐射传输原理对大气背景辐射特性进行研究。利用高分辨率分子吸收谱线数据库(high-resolution transmission molecular absorption database，HITRAN)对大气辐射传输模拟器(atmospheric radiative transfer simulation，ARTS)进行太赫兹高频段频谱扩展。结合欧洲中尺度天气预报中心再分析数据集中期(European center for medium-range weather forecasting reanalysis-interim，ERA-interim)仿真冬夏两季海洋与沙漠的大气透过率。再选用窗口频段和吸收频段的点频仿真月平均和单日全球大气背景亮温, 分析温度和水汽敏感性。结果表明, 吸收频段相较于窗口频段背景亮温更低更稳定, 可作为空间目标探测的频段选择; 窗口频段亮温的主要贡献来自温度水汽变化频繁的对流层0~10 km高度, 吸收频段则来自于温度水汽稳定的平流层15~30 km高度, 这是导致大气背景亮温差异的重要原因。     

基于相位变换的红外小目标相关检测方法

相关检测法是各种红外系统中广泛采用的目标检测方法 ,然而相关检测算法易受到背景和噪声的影响 ,导致匹配虚警较大、定位精度较差等问题。采用光学信息处理中的相位变换方法 ,将红外目标的能量转换成相位形式 ,然后与匹配相关结合来检测目标 ,不仅定位准确 ,而且性能稳健 ,在目标信号很微弱的情况下也能够取得良好的检测效果 ,是一种十分有效的红外目标检测方法。