基于非对称交互多模型弹道导弹跟踪

弹道导弹飞行三个阶段的动力学模型异常复杂且非线性强,在未知导弹任何先验信息前提下如何连续地跟踪整个弹道已成为目前亟待解决的难题。针对该问题,提出了一种实时非对称交互多模型跟踪算法,它根据弹道不同阶段的受力情况建立相应的跟踪模型。该算法采用非对称的状态交互以及基于熵信息变化的模型概率更新方法对导弹进行实时状态估计,并将其中一个无迹滤波器的非线性状态估计用改进离散方法实现,提高了实时性。仿真实验表明,该跟踪算法能够较精确地从弹道主动段连续地跟踪到再入段,并且能较大幅度地减小模型切换之间的跟踪误差。     

适用于模型失配时的改进IMM算法

机动目标难以跟踪的主要原因是无法找到一个准确的模型来描述目标的运动,即此时目标运动模型是失配的。现今交互式多模型（interacting multiple-model, IMM）算法是一种常用的用于机动目标的跟踪算法。推导分析了现有的典型IMM滤波算法在跟踪机动目标时存在的不足,提出了一种更适用于运动模型失配情况下机动目标跟踪的改进IMM算法。该算法对在跟踪机动目标时滤波器的新息序列的均值特性进行推导分析,改进了IMM算法中模型概率的计算方法,提高了模型概率计算的准确性,从而提高对机动目标的跟踪精度。建立了典型的机动目标跟踪场景,将改进后的IMM算法和原有的典型IMM算法的跟踪性能进行了对比研究,并对模型转换概率的准确性进行了分析,仿真结果验证该改进算法的有效性。     

一种改进的分布式多目标跟踪算法

将多平台分布式的IMM_Kalman(DIMM_Kalman)算法和IMM_JPDA(DIMM_JPDA)算法相结合,得到改进的DIMM_JPDA(DIIMM_JPDA)算法。在DIIMM_JPDA算法中,每个平台都有自己独立的IMM算法跟踪系统,每个IMM算法中都采用Kalman/JPDA滤波器,全局的滤波值由各平台的滤波值融合而成。然而在全局融合中,由于协方差矩阵可能出现奇异,导致计算的不稳定性或出现严重异常。为了克服上述问题的缺点,引入了特征值扰动方法,使该协方差矩阵变成非奇异矩阵。仿真实验表明改进的DIIMM_JPDA算法比DIMM_JPDA算法有更小的误差。     

一种带未知时变系统噪声水平的目标跟踪滤波器

在机动目标跟踪中，为了保证Kalman滤波器的数值稳定性和最优性，未知的时变系统噪声水平需要在线估计，但已有方法主要针对平稳或统计特性缓变的噪声过程。在Sage-Husa系统噪声水平自适应估计算法的基础上，通过引入基于新息的滤波器发散检测判据和利用强跟踪滤波器的思想，提出了一种系统噪声水平估计值的时变调节因子阵来抑制因系统噪声水平突变而引起的滤波器可能出现的发散问题。Monte-Carlo仿真结果表明，该算法不仅数值稳定性好，同时目标的跟踪精度也得到明显改善。     

基于无源时差定位系统的机动目标跟踪算法

将交互式多模型(IMM)算法应用到具有隐蔽性的无源时差定位系统中,找到了一种适合于无源时差定位系统跟踪机动飞行目标的混合模型即常速度(CV)模型与Singer模型组成的混合CV Singer模型。在各种现有算法中,基于该混合模型的交互多模型算法可获得较好的定位跟踪效果。另外,将该混合系统与CV CA模型组成的混合系统进行了比较,进一步证明了该混合模型的有效性。     

一种适用于改善跟踪雷达低角性能的研究方法

为使舰载跟踪雷达能精确地跟踪超低空掠海飞行导弹，在考虑雷达发射频率、天线架高、目标高度、目标速度、航路捷径、海面粗糙度、反射系数、海面扩散因子、地球曲率等诸因素影响的同时，我们采用宽带捷变频与重滤波相结合的方法来改善低角跟踪性能。仿真研究结果表明该方法是行之有效的。     

基于小波变换的双站纯角度机动目标融合跟踪

纯角度跟踪通常面临非线性滤波和高速率量测数据处理问题。在小波变换的基础上提出一种新的双站纯角度机动目标跟踪算法。该算法使用无源定位的方法确定目标位置，并运用基于多速率运动模型的交互式多模型算法进行滤波。算法避免了角度量测下的非线性滤波，并减少了计算量。Monte Carlo仿真结果表明了算法的有效性。     

用于稠密目标环境的一种跟踪算法

本文介绍用于稠密目标环境的一种跟踪算法。该算法是为处理非常大量目标的被动式光学(仅有角度信息)敏感器而设计的。考虑到实际应用,敏感器的角度分辨力是有限的,采样率也极低。对于更复杂的算法设计问题,基本系统几乎是不可观察的。在这种情况下,标准的推广卡尔曼滤波器是不能用的;必须使用一种迭代式的最大似然估计器。     

弹道式再入目标跟踪方法对比分析

地基雷达对弹道式再入目标进行滤波跟踪时主要存在两个导致滤波误差增大的不确定因素,一是弹道系数未知,二是不可准确确定过程噪声协方差矩阵。为此,采用交互式多模型无敏滤波（iterative multiple model unscented filter, IMM UF）算法对弹道式再入目标进行跟踪,选取不同的弹道系数初值和过程噪声协方差矩阵构成合适的模型集合进行了仿真分析,并将其滤波结果与扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter, EKF）和无敏滤波（unscented filter, UF）的滤波结果进行了对比分析,同时还分析比较了IMM UF和自治多模型（autonomous multiple model, AMM）UF算法的跟踪滤波性能。从仿真结果可以看出,采用的IMM UF算法和相应的模型集合可以在先验信息缺少的情况实现对弹道式再入目标更高精度的跟踪。     

基于IMM算法的机场场面运动目标跟踪

为了实现对机场场面运动目标的精确跟踪,研究了将交互式多模型（interacting multiple model, IMM）滤波算法应用到机场场面监视雷达对运动目标的跟踪中。首先,根据飞机的真实运动情况建立了飞机的匀加速运动、匀速转弯运动及匀速运动模型,然后,利用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)与IMM相结合的UKF-IMM算法对场面雷达监视的飞机的运动进行了跟踪建模,并将UKF IMM算法与基于扩展卡尔曼滤波（extended Kalmam filter, EKF）的EKF-IMM和基于当前统计模型的单模型跟踪算法进行仿真比较。结果表明,UKF-IMM跟踪算法在雷达场面跟踪方面具有更大的应用价值。     

自旋弹道导弹模型及运动特性分析

自旋是弹道导弹的一种新的突防手段,在助推段进行滚动飞行,可以减少强激光照射的驻留时间,有效对抗激光反导。但是导弹自旋会导致控制耦合、惯性耦合和气动耦合,而且会随着滚速的增加,耦合增强,俯仰和偏航通道的相互干扰会对自旋稳定飞行产生较大的影响。开展了这方面的初步研究,建立了自旋弹道导弹模型,通过时域的仿真初步分析了弹道导弹低滚速的滚动飞行特性,得到了有益的结论。     

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UML的弹道导弹预警仿真系统建模

采用UML构建了导弹预警仿真系统的用例模型、实体结构模型、实体行为模型和系统逻辑结构模型。通过综合运用SQL、VisualC++、STK和Matlab等软件功能,实现了这个以预警任务规划和传感器调度为亮点的导弹预警仿真系统。该仿真系统兼具多重功能,可模拟导弹攻防、模拟导弹发射和导弹预警不确定因素、优化预警装备部署、评估预警系统效能等。     

弹道导弹对航空母舰打击效果的计算机仿真

从常规弹道导弹与航空母舰攻防对抗的角度出发,通过对航母机动区域及侦察预警、机动规避能力的分析,确定了双方的最优攻防策略。建立了用于研究弹道导弹对航空母舰打击效果的仿真模型,并讨论了模型的结构、功能和算法。仿真结果表明:普通弹道导弹对静态或线性动态的航母目标有较好的命中效果,但对预警系统完好、且处于机动规避中的航母,则作战效果非常有限,需要发展新的末制导技术。     

Consecutive tracking for ballistic missile based on bearings-only during boost phase

This paper proposes a modified centralized shifted Rayleigh filter(MCSRF) algorithm for tracking boost phase of ballistic missile(BM) trajectory with a highly nonlinear dynamical model based on bearings-only.This paper contributes three folds.Firstly,the mathematical model of an MCSRF for multiple passive sensors is derived.Then,minimum entropy based onedimensional optimization search to adaptively adjust the probability of the different filters for real time state estimation is deployed.Finally,the unscented transform(UT) is introduced to resolve the asymmetric state estimation problem.Simulation results show that the proposed algorithm can consecutively track the BM precisely during the boost phase.In comparison with the unscented Kalman filter(UKF) algorithm,the proposed algorithm effectively reduces the tracking position and velocity root mean square(RMS) errors,which will make more sense for early precision interception.     

弹道导弹六自由度仿真决策系统设计与研制

简要介绍了第二炮兵工程学院近十余年来在弹道导弹仿真系统开发、研制和应用方面的基本情况。重点介绍了弹道导弹六自由度一体化建模的理论和方法、分布式并行仿真计算机系统设计与研制、复杂连续系统仿真程序自动并行化系统的设计与实现，以及六自由度一体化建模与仿真在导弹全生命周期中的应用。     

导弹起竖过程轨迹规划及跟踪控制研究

为实现导弹的快速平稳起竖,对导弹起竖过程的最优时间轨迹规划和跟踪控制问题进行研究。在分析起竖液压缸负载力的基础上,建立了起竖系统电液比例阀控多级缸的数学模型。为消除起竖过程中多级液压缸换级碰撞带来的液压冲击,提出了采用分级规划的策略。对每一级进行轨迹规划时,为保证起竖过程的平稳性,采用基于非对称组合正弦函数的轨迹规划方法。在综合考虑装备实际中的液压系统压力、流量及负载横向过载约束的基础上,建立了导弹起竖过程的最优时间轨迹规划模型并给出了模型的求解方法。针对导弹起竖系统具有非线性、大范围变负载、模型参数时变的特点,设计了基于H回路成形的鲁棒跟踪控制器。最后,以某型导弹起竖过程的轨迹规划和跟踪控制为例进行了仿真研究,结果表明提出的轨迹规划方法和设计的鲁棒跟踪控制器的有效性。     

基于MCMC的导弹主动段突防仿真及灵敏度分析

能否对抗预警卫星的早期预警探测是弹道导弹主动段突防的关键。结合导弹主动段飞行仿真、主动段红外特性计算和预警卫星红外探测仿真,基于马尔可夫链蒙特卡洛（Markov chain Monte Carlo, MCMC）方法构建了导弹主动段突防仿真模型,并建立了导弹主动突防参数灵敏度分析的响应面近似函数模型。通过导弹主动段突防仿真与参数分析算例,定量给出了导弹主动段性能参数对其突防能力的影响,验证了方法的有效性。     

基于摄动制导的弹道导弹发射诸元的仿真算法

实现了一种基于摄动制导的弹道导弹的发射诸元算法。给定发射点与瞄准点的地理位置，通过一种迭代方法求解发射方位角和标准关机时间，并以此确定自发射点到瞄准点的标准弹道。采用求差法解算摄动制导的关机方程与导引方程系数。最后给出诸元计算软件流程图。将该软件应用于某导弹六自由度飞行仿真系统的发射诸元计算，论证了该算法的可行性。