基于Creator和Vega的某防护系统可视化仿真研究

在某防护系统的研制过程中,为直观反映各优化参数对系统拦截效果产生的影响,实现了系统的可视化仿真.通过Creator建立了地形、洞库、来袭弹及防护系统等仿真模型,利用Vega作为可视化仿真平台,实现了带碰撞检测的用户自定义运动模型视点,利用粒子系统设计并实现了爆炸、尾焰、闪光、烟雾、碎片等效果.克服了因研制经费和试验场地受限而无法进行实弹拦截试验的难题,从而缩短了研制周期、节约了研制成本,对其他武器系统的可视化仿真具有一定的参考价值.     

Monte-Carlo法在武器系统射击参量设计中的应用

以ARENA 坦克主动防护系统为实例,研究武器系统设计参量的设计方法. 基于该类武器系统工作原理分析,建立防护弹药对来袭目标毁伤概率计算的Monte-Carlo仿真模型,开发相应的应用程序, 计算不同射击参量下武器系统的单发毁伤概率;通过综合分析, 获得合理匹配的射击参量.提出了一种利用计算机仿真来研究武器系统射击诸元的方法.     

信息单向传输带拦截角约束的协同拦截制导律

针对无人战机(unmanned combat air vehicles,UCAV)(目标)发射防御弹对来袭攻击弹以一定拦截角度进行拦截的问题,假设目标和防御弹协同飞行且其之间只能进行单向信息传输,在来袭弹采用增强比例导引律的前提下,建立了防御弹信息单向传输和目标信息单向传输两种模式下的防御弹攻击弹视线角非线性模型。考虑防御弹脱靶量要求、拦截角度约束和防御弹(或目标)的控制能量因素,建立了性能指标函数,采用最优控制理论,分别设计了能够使防御弹以指定拦截角度拦截攻击弹的目标单向协同制导律和防御弹单向协同制导律。仿真结果表明,在两种信息单向传输模式下,通过目标与防御弹的协同,防御弹均可以指定拦截角拦截攻击弹;与具有拦截角度约束的非协同制导律相比,单向协同制导律的控制能量更小。     

基于高分辨距离像的目标姿态角估计算法

目标的姿态角是目标运动状态的一个重要参数,在目标监控、目标跟踪、目标识别、导弹制导律设计等多个领域都有着很广泛的应用。不同于传统的利用图像传感器得到光学图像估计目标姿态角的方法,针对有翼导弹等弹体目标跟踪应用中的姿态角估计问题,利用高分辨雷达得到的距离像,给出了姿态角估计的流程,提出了基于距离像匹配及运动状态滤波辅助的估计算法,并针对一个导弹末端机动场景实现了姿态角的连续跟踪,验证了本文提出的姿态角估计算法的可行性。     

基于二体理论的远程拦截中制导修正

针对临近空间高超声速目标拦截弹交接班区域较高时的作战情景,参考轨道拦截理论,以高抛再入型拦截弹道为基准,将拦截弹运动视作二体运动,设计了远程拦截制导算法。首先,将复杂的运动模型进行简化,再根据受力分析将模型转换为二体轨道模型。然后,利用航迹角迭代法求解了Lambert问题,得到变轨需用速度,在轨道模型中提出通过调整速度至变轨需用速度完成拦截任务。最后,分析了拦截弹机动时推力有限带来的过渡段机动问题,提出采用速度增益制导法解决此问题。仿真结果表明,在高空域气动力微弱条件下,将拦截弹运动模型视作二体轨道模型是可行的,速度增益制导算法不仅能有效解决过渡段机动问题,而且针对预测拦截点变化的情况也具有良好的收敛性,能够完成临近空间的中制导拦截任务。     

超低空拦截导弹武器系统的UKF-IMM目标跟踪算法

针对超低空拦截导弹武器系统的特点,提出了运用基于交互多模型的无迹卡尔曼滤波算法(UKF-IMM)对来袭目标进行状态估计的滤波方法.根据来袭目标的运动特点建立了特定的模型集,模型集由CV模型、比例导引模型和"当前"统计模型组成.每个模型分别采用UKF滤波器进行滤波,UKF-IMM滤波器的输出为各滤波器状态输出的概率加权融合.仿真结果表明,该模型集能够概括超低空拦截导弹拦截目标的运动样式,模型之间切换迅速,滤波算法收敛速度快.运用UKF-IMM滤波算法能够实现超低空拦截导弹火控系统对来袭目标及时准确地跟踪.     

运用比例导引实现对目标卫星的拦截

运用比例导引实现对目标卫星拦截的中制导方法进行了研究。在发射惯性坐标系中由已知目标卫星和拦截器的实时绝对状态参数构造两者的相对运动参数,由此形成导引信号,调整拦截器姿态,得到正确的推力矢方向,然后在拦截器体坐标系中执行制导指令,达到抑制视线转率的目的。为此,提出了多种导引方案,并进行了比较,还给出了选择开关曲线的方法。计算结果表明,在中段运用比例导引可保证向末制导转换时有较高精度的转换条件。     

自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划

针对机械臂运动产生的航天器载体姿态扰动,提出一种基于粒子群优化算法的自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划方案。对系统角动量守恒方程进行分析,给出了载体姿态扰动最优轨迹规划的目标函数。采用高阶多项式逼近机械臂关节角轨迹,将多项式系数作为优化参数。为保证规划算法的收敛性,采用带有收缩因子的粒子群优化算法进行轨迹寻优。仿真结果表明,在完成位姿调整任务的同时,载体姿态扰动得到了有效的抑制,验证了所提方法的有效性。     

小型尾坐式飞行器航姿测量系统设计与验证

针对小型尾坐式飞行器航姿测量问题,设计了航姿测量系统。采用四元数法更新航姿参数再转换成欧拉角输出。由于小型尾坐式飞行器姿态变化范围大,针对传统四元数到欧拉角的转换算法在扰动下航向和姿态角易发生振荡的问题,提出了一种改进的全姿态四元数转换到欧拉角的转换算法,通过分析姿态矩阵中元素的符号,由四元数得到两组欧拉角,以姿态控制利益为牵引,选择正确的一组。针对无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)算法在外界噪声干扰下测量精度降低的问题,引入自适应算法,使量测噪声统计特性随噪声的变化而自适应的调整,提高系统的抗干扰能力。针对小型尾坐式飞行器姿态易突变的问题,设计了强跟踪滤波器,利用多个渐消因子减小历史数据在测姿中的作用,提高当前信息的比重,提高系统对突变姿态的跟踪精度。最后,通过实验验证了全姿态解算算法、自适应UKF滤波算法和强跟踪算法的可行性,实验结果表明了设计的航姿测量系统对小型尾坐式飞行器的适用性。     

基于GA优化的质量矩拦截弹模糊滑模姿态控制

质量矩控制是一种全新的飞行控制方法,与广泛应用的空气动力控制相比,可以避免飞行器在超高马赫数飞行时舵面的气动加热问题,而且,可以提高飞行器的机动性、敏捷性和制导控制精度。以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础,通过对模型合理的简化,得到一个耦合的非线性动力学系统,利用滑模控制设计了拦截弹飞行时的姿态控制系统,提出采用模糊逻辑算法抑制系统抖振的同时,把控制系统的多个设计目标转化为不等式约束,采用遗传算法优化控制参数,控制系统性能满足设计要求。仿真结果验证了这种方法的有效性。     

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。     

突防弹与EKV对抗数字仿真系统设计与实现

为更好进行机动突防及拦截仿真研究,设计了一个弹道导弹与大气层外动能拦截器（EKV）攻防对抗的数字仿真系统。在统一的空间与时间中,建立了弹道导弹的飞行状态模型、拦截导引模型、剩余飞行时间估计、脱靶量计算等系统算法模块,并对目标机动突防、比例与最优导引拦截等想定进行数字仿真。结果表明：该系统可在多种对抗环境下检测攻防性能,采用模块化设计便于算法升级或想定变换,为拦截、规避性能评估,攻防对抗策略研究等提供性能测试平台。

Abstract：

To research on missile maneuver and intercepting simulations better, a numerical simulation system for onrushing missile versus intercepting EKV was set up. With the same coordinate system and clock, the ballistic missile flight state model, EKV guidance model, the time-to-go estimation algorithm and miss distance calculation algorithm were all accomplished. At last, the scenarios that target maneuver, interceptor guided by proportional navigation （PN） and by optimal guidance law （OGL） were simulated in the simulation system. It indicates that the system can run well in such scenarios. It is designed by modularization that makes it easy to upgrade algorithm or scenario. The system provides a nice performance test flat roof to the missile maneuver, intercepting and drawing a counterplot.     

动能拦截器拦截战术弹道导弹的脱靶量仿真

在末制导段采用动能拦截器拦截战术弹道导弹，可以利用其快速响应的直接力控制技术，提高命中精度，达到直接碰撞杀伤目标的目的，本文探讨了动能拦截器在末制导段拦截战术弹道导弹的轨道和姿态控制规律，建立了拦截的脱靶量仿真数学模型。在此基础上，对在不同给定误差条件下的拦截脱靶量进行了仿真计算与分析。     

基于足球机器人截球动作的提前角导引算法研究

提出了实现足球机器人快速截住小球技术动作的一种新算法。首先给出了足球机器人的运动模型,然后介绍了提前角导引算法的基本思想,进而给出了截球动作的具体实现和在实时系统中应用的改进算法。该算法根据足球机器人的运动模型,以导引函数为目标函数计算出机器人下一时刻的最佳位置点,从而实现拦截动作。仿真实验结果表明该算法具有良好的拦截效果,MiroSot11vs11比赛的实践亦证明该算法是行之有效的。     

三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律

针对导弹以固定终端攻击角拦截机动目标的制导问题,提出一种三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律.首先,利用相对运动质点模型将三维制导问题转换为二阶视线角系统的控制问题.其次,构造一种多变量非奇异的快速终端滑模面,结合改进型超螺旋算法,设计了有限时间超螺旋滑模制导律.同时,通过参数自适应增益实时在线估计目标机动引起的外部扰动...     

基于二阶滑模控制的微分几何制导律

针对机动目标拦截设计了一种零化视线角速率的微分几何制导律。首先,基于古典微分几何原理,对弹目拦截的空间几何关系进行分析,建立了弹目拦截的相对运动学模型;其次,针对外界干扰对非线性仿射系统的影响,设计了二阶滑模变结构控制器,并对控制器的稳定性和有限时间收敛性进行了分析。再次,以二阶滑模控制器为基础,将目标机动作为外界扰动项,基于零化视线角速率的思想设计微分几何制导律。为克服解耦条件下带来的信息丢失,利用李群理论,给出了非解耦条件下导弹制导曲率指令和挠率指令的计算方法,同时为避免拦截过程中制导指令出现奇异,对拦截的初始条件进行了研究,给出了导弹拦截目标的捕获条件。最后仿真表明,所设计的微分几何制导律制导精度高,拦截时间短,过载变化较为平稳,相对于传统的非线性微分几何制导律,大大提升了制导性能。     

目标加速度截获方法研究

在雷达测量中,由于加速度的影响使速度的测量变得十分困难,因此需要对目标的加速度进行截获并补偿。讨论目标加速度导致信号频谱的变化,分析两种目标加速度截获方法:样板法和共轭法。因为共轭法导致信号的频谱集中在很窄的频域内,所以提出一种改进共轭法来展宽信号频谱,提高估计精度。仿真结果表明,改进共轭法有效并可以很好地捕获目标的加速度信息。     

三轴稳定质量矩拦截器的末制导律设计

针对大气层内的机动飞行目标,提出了一种可用于质量矩拦截器末制导段的比例制导律。通过建立三轴稳定质量矩拦截器的数学模型,得到一个非线性动力系统。考虑到法向过载变化比较灵敏的特点,以姿态角及过载的误差作为指标函数,采用遗传算法对PD控制参数进行寻优设计,建立了滑块位置与过载、姿态角的关系。仿真结果表明,该方法在保证姿态稳定的情况下能有效实现拦截器末段的制导控制,且满足一定的精度要求。     

考虑高超音速目标二次杀伤的舰炮拦截能力

以探讨利用舰炮拦截高超音速导弹(hypersonic missile, HM)的可行性为目的,选取典型武器装备作为攻防对抗原型,开展了利用舰炮拦截HM的研究。通过研究HM破片的动态飞散特性,建立了HM导弹破片的二次杀伤模型,求得了飞散破片的杀伤下界。在此基础上建立了HM三维末制导攻击模型以及舰炮拦截模型,在HM与目标舰艇的动态对抗中全面分析了HM的飞行速度、入射角、战斗部装填系数等与HM平均必须命中数、可达命中数及突防概率之间的关系。结果表明,HM对目标的二次杀伤效果比较明显,对舰炮具有较高的突防概率。