空间攻防对抗体系的建模与仿真研究

分析了空间攻防对抗体系涵盖的内容，并对先进仿真技术、空间攻防对抗体系建模技术及其仿真技术进行了分析，并在此基础上建立了两个典型的空间攻防对抗仿真平台。研究过程中重点对空间攻防体系总体模型、空闽信息及信息对抗仿真模型、导弹武器突防仿真模型、空间导弹拦截系统仿真模型、反卫星仿真模型、空间攻防体系评估技术、仿真系统实现技术等进行了研究。     

基于SMP2的导弹攻防对抗仿真模型开发与集成

介绍了仿真模型可移植性标准(SMP2),指出其在分析型仿真中的优点,提出基于SMP2进行导弹攻防对抗仿真系统模型开发与集成思路.从组成框架、交互框架、时序框架和对象执行框架搭建基于SMP2标准的导弹攻防对抗仿真系统概念模型框架,根据SMP2建模一般过程描述了基于SMP2的导弹攻防对抗仿真系统模型设计、开发与集成,讨论了相应的关键功能设计与实现,并以弹道导弹对美导弹防御系统突防措施论证问题为实例验证了介绍的模型开发和集成思路.     

导弹攻防对抗仿真可视化系统的设计与实现

导弹攻防对抗系统主要用于模拟和验证与导弹突防相关的技术和理论,仿真可视化部分是整个系统最直观的组成部分.简要分析了导弹攻防对抗仿真可视化系统的框架结构,介绍了基于MFC的Vega Prime程序设计方法.提出了基于HLA的分布式攻防对抗仿真可视化系统的三维场景显示设计思路和实现方式.同时也对基于地理信息系统和军标系统的二维态势显示给出了设计模式和实现途径.     

舰舰导弹突防概率求解的一种仿真算法

分析防御武器对舰舰导弹的拦截过程,建立了齐射舰舰导弹和防御系统的仿真对抗模型,利用此模型和一定的仿真策略实现了对齐射舰舰导弹突防概率的求解,这种仿真求解的算法比用排队理论的求解算法计算结果更加的可信。为评价舰舰导弹的射击能力和作战效能,提供了必要的分析手段。     

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.     

一种基于威胁告警的智能机动突防策略

针对程序机动的突防形式固定,难以满足导弹突防需求的问题,提出了一种针对比例导引拦截器的智能机动突防策略。首先通过分析智能机动过程,设计了一种智能机动方案;然后采用理论拦截点状态估计和脱靶量分析,制定了相应智能机动算法;并对典型算例进行分析与仿真。分析与仿真结果表明,应用智能机动突防策略时拦截器脱靶量满足突防要求,检验了智能机动的有效性。     

反导系统空中防御仿真模型研究

详细分析了反导系统空中防御过程,建立了对抗仿真模型,在此基础上论述了实现攻击-拦截攻防对抗仿真系统实现的基本设想,对各种攻防对抗方式的对抗过程进行了仿真检验,并对仿真结果进行分析,验证了仿真模型和基本设想的正确性。     

反舰导弹未端机动突防"密集阵"系统的模型与仿真

"密集阵"是舰船所装备的用来拦截反舰导弹的重要近程防御系统(CIWS)之一.首先建立了反舰导弹的数学模型并进行了弹道仿真,然后建立了"密集阵"的模型,接着运用两者的模型进行了对抗仿真,最后给出了相应的结论.以上模型及仿真结果为反舰导弹末端机动突防"密集阵"系统在实战中的应用提供了参考.     

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。     

宽带相控阵雷达导弹防御能力建模仿真研究

宽带相控阵雷达在导弹防御系统的预警探测、跟踪、识别、制导、拦截以及杀伤效果评估等各个环节均发挥着不可替代的关键作用.在深入分析雷达系统对弹道目标的探测、跟踪、识别等过程的基础上,建立了宽带相控阵雷达电子战系统信号级仿真模型体系和软件.针对复杂电于于扰条件下的典型导弹突防战情,进行了仿真研究,仿真结果为评估导弹目标的突防能力和宽带相控阵雷达系统的防御能力提供了有益的参考.     

子母拦截器集群拦截策略研究

针对采用机动突防技术的弹道导弹弹头,提出了子母拦截器的拦截策略。通过使子母拦截器的每个子拦截器的初始拦截速度矢量相互偏置一个角度,从而在预计拦截距离上形成多个基准拦截点,这样可以有效地降低目标提前机动对子母拦截器命中概率造成的影响。建立子母重拦截器6自由度模型,模拟子母拦截器攻击过程,仿真结果表明这种拦截策略有助于提高子母拦截器对机动再入弹头的拦截命中概率。     

体系作战下巡航导弹的动态隐身

通过体系作战下的系统作战仿真平台, 利用强化学习方法实时调整巡航导弹航迹, 实现面对敌方传感器的动态隐身。以巡航导弹突防美军“海军综合防空火控”系统为典型作战场景, 基于体系作战仿真平台设计了一种引入动态预警威胁和拦截脱靶量的奖励函数, 使用深度确定性策略梯度算法训练巡航导弹突防模型, 模型训练完成后巡航导弹通过感知预警机和拦截导弹的状态, 改变其机动轨迹以降低探测概率和提高拦截脱靶量, 达到动态隐身的效果, 进而提升其战场生存能力和突防能力。     

突防导弹机动、制导与控制一体化设计

为提高导弹的突防能力,提出了一种机动、制导与控制一体化设计的方法。根据运动跟踪变结构控制理论设计了机动与导引协调的制导律。对于导弹飞行过程中存在的强耦合、快时变以及气动参数摄动引起的不确定性等问题,采用自抗扰控制技术设计制导与控制一体化系统。研究结果表明:设计的一体化系统解除了传统制导律对导弹机动性能的约束,显著地提高了导弹的机动灵活性和弹道的复杂程度;一体化控制系统具有良好的动态特性和很强的鲁棒性,能够适应复杂战场环境下的突防需求。     

基于鲁棒精确微分器的分数阶滑模制导律设计

针对具有碰撞角约束的机动目标拦截问题, 提出一种有限时间收敛的分数阶终端滑模制导律。首先, 建立二维平面的导弹目标相对运动模型。其次, 分别选择分数阶滑模面和分数阶趋近律, 设计分数阶终端滑模制导律, 并对制导系统的有限时间稳定性进行了证明。同时, 为准确获得目标机动信息, 提出一种基于鲁棒精确微分器的目标机动加速度估计方法, 对制导律进行补偿。最后, 通过与相关制导律的对比仿真, 验证了所提分数阶终端滑模制导律具有较高的制导精度, 同时可有效抑制滑模抖振。     

固定时间收敛扰动观测终端滑模制导律设计

针对机动目标拦截问题,设计了基于固定时间收敛扰动观测器(fixed time disturbance observer, FxTDO)的终端角度约束非奇异快速终端滑模制导律(nonsingular fast terminal sliding mode guidance law, NFTSMGL)。通过具有固体时间收敛特性的扰动观测器对导弹拦截过程的外部扰动进行快速、精确估计。同时为了抑制抖振影响以及保证制导信号在有限的时间范围内收敛,设计了NFTSMGL,并进行了稳定性分析。仿真结果表明，FxTDO-NFTSMGL可以使制导信号在有限的时间范围内收敛至期望状态,并满足对机动目标拦截的要求,相较于无观测器的NFTSMGL收敛速度更快,且避免了抖振现象。     

拦截弹导引头测量误差对拦截效能的影响

把拦截弹导引头的测量系统作为拦截系统的一个子系统,从脱靶量及消耗能量两个方面,研究导引头测量误差在整个拦截系统中对拦截效能的影响。建立以拦截弹测量误差为激励,脱靶量及消耗能量为输出的比例导引拦截系统模型,对测量误差导致的脱靶量及消耗能量进行仿真,并通过数值统计得出拦截弹导引头测量误差与脱靶量及消耗拦截能量的量化对应关系,为拦截弹导引系统设计、导弹突防等提供技术参考。     

真比例导引反高速目标拦截能力分析

针对反高速目标拦截作战过程中拦截弹中末制导交接班时刻状态约束设置的问题,分析了真比例导引制导律的拦截能力。首先,通过分析末制导阶段拦截弹和目标的相对运动关系,推导得到了成功拦截目标的充分必要条件以及目标速度前置角需要满足的约束范围;其次,在中末制导交接班不满足拦截条件的情况下,针对拦截高速非机动目标作战情形,通过分析拦截弹速度前置角和目标速度前置角的变化关系,给出了真比例导引静态捕获区(static capture region,SCR)的定义以及构成;然后,针对拦截高速机动目标作战情形,结合目标速度前置角约束范围得到了真比例导引动态捕获区(dynamic capture region,DCR)的定义以及构成;最后开展了3种情形下的数字仿真,验证了真比例导引拦截能力分析的合理性和有效性。     

An impact angle constraint integral sliding mode guidance law for maneuvering targets interception

An integral sliding mode guidance law(ISMGL)combined with the advantages of the integral sliding mode control(SMC)method is designed to address maneuvering target interception problems with impact angle constraints.The relative motion equation of the missile and the target considering the impact angle constraint is established in the longitudinal plane,and an integral sliding mode surface is constructed.The proposed guidance law resolves the existence of a steady-state error problem in the traditional SMC.Such a guidance law ensures that the missile hits the target with an ideal impact angle in finite time and the missile is kept highly robust throughout the interception process.By adopting the dynamic surface control method,the ISMGL is designed considering the impact angle constraints and the autopilot dynamic characteristics.According to the Lyapunov stability theorem,all states of the closed-loop system are finally proven to be uniformly bounded.Simulation results are compared with the general sliding mode guidance law and the trajectory shaping guidance law,and the findings verify the effectiveness and superiority of the ISMGL.     

密集阵反导系统拦截反舰导弹模型研究

密集阵反导系统拦截反舰导弹是一个急需解决的问题。本文根据密集阵武器系统在水面舰艇防御中的应用,简单介绍了密集阵武器系统,并由此建立了密集阵武器系统拦截反舰导弹模型,给出了平均必须命中数和反舰导弹的突防概率,同时验证了模型的可信性。     

基于非奇异Terminal滑模的导弹末制导律研究

结合导弹拦截的精确末制导问题,提出了一种基于非奇异Terminal滑模的鲁棒末制导设计方法。基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到零的思想,在末制导滑模中引入非线性项,代替传统线性变结构滑动模态的设计,同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动,并实时对极值进行自适应估计,推导出一种非奇异Terminal滑模制导律(TSMG)。导弹在TSMG制导律的导引下,弹目视线角速度可以快速收敛,从而保证导弹有很高的命中精度。仿真结果表明非奇异Terminal滑模制导律设计的有效性。