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大气层外动能拦截器末制导段性能研究
作 者: 张兵
导 师: 陈磊
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 航空宇航科学与技术
关键词: 大气层外动能拦截器 样条滤波 协方差分析描述函数法 视线角速率 拦截区 脱靶量
分类号: TJ765
类 型: 硕士论文
年 份: 2005年
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内容摘要
大气层外动能拦截是弹道导弹防御的重要手段,因此对大气层外动能拦截器的跟踪研究对我国弹道导弹防御技术的发展有重要意义。本文采用协方差分析描述函数法,分析了大气层外动能拦截的初始状态;采用样条滤波,得到用于比例制导的视线角速率,并在六自由度拦截仿真中予以验证;在六自由度拦截仿真数据基础上,分析了大气层外动能拦截器的末制导段拦截性能。首先,初始状态分析是拦截技术研究的前提。本文在修正极点坐标系中建立拦截器和目标之间的相对运动方程,结合相平面轨迹图,分析了大气层外动能拦截器的拦截区;对大气层外动能拦截器动力学模型进行统计线性化,采用协方差分析描述函数法,分析了初始状态误差对弹道的影响。其次,由于真比例导引本身是稳定的,所以获取一定测量精度的视线角速率是实现成功拦截的关键。本文针对非机动目标和机动目标的拦截问题,采用样条滤波和强跟踪自适应状态估计器,实现了基于视线角序列的视线角速率计算,得到用于比例制导的视线角速率,并在六自由度拦截仿真中得到验证。最后,由于反导动能拦截可以采用基于效果的作战模式,所以需对拦截性能进行研究。基于六自由度拦截仿真数据,本文对拦截器和目标的位置、速度进行样条滤波,结合基于视线角、视线角速率的卡尔曼滤波,得到脱靶量均值和方差,以此反映大气层外动能拦截器的末制导精度。
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全文目录
摘要 10-11 Abstract 11-12 第1章 绪论 12-19 1.1 大气层外动能拦截精度分析概况 13-15 1.1.1 动能拦截器的基本组成与关键技术 13-14 1.1.2 影响拦截精度的误差源和分析方法 14-15 1.2 国内外发展现状及趋势 15-17 1.2.1 国外研究情况 15-16 1.2.2 国内研究情况 16-17 1.3 研究内容与主要结论 17-19 1.3.1 研究内容 17-18 1.3.2 主要结论 18-19 第2章 坐标系与地球模型 19-24 2.1 坐标系及转换关系 19-21 2.1.1 基准坐标系 19-20 2.1.2 坐标系间的转换关系 20-21 2.2 地球模型 21-24 2.2.1 IAG-75 椭球的常数 21 2.2.2 地心坐标系与大地坐标系的转换关系 21-22 2.2.3 地心引力计算 22-24 第3章 拦截初始状态分析 24-45 3.1 拦截区分析 24-30 3.1.1 相对运动建模 24-29 3.1.2 拦截区分析 29-30 3.2 初始状态误差分析方法——CADET 30-37 3.2.1 线性系统协方差分析 31-32 3.2.2 非线性系统协方差分析 32-37 3.3 初始状态误差CADET分析 37-44 3.3.1 EKV动力学建模 37-38 3.3.2 CADET分析 38-40 3.3.3 仿真结果 40-43 3.3.4 EKV初始状态误差分配 43-44 3.4 本章小结 44-45 第4章 真比例导引拦截分析 45-60 4.1 非机动目标拦截过程视线转率估计 45-52 4.1.1 状态方程 46-47 4.1.2 观测方程 47 4.1.3 样条滤波算法 47-49 4.1.4 实现及仿真结果 49-52 4.1.5 结论 52 4.2 机动目标拦截过程视线转率估计 52-59 4.2.1 状态方程 52-53 4.2.2 观测方程 53-54 4.2.3 卡尔曼滤波算法 54-55 4.2.4 视线角速率计算 55-56 4.2.5 实现及仿真结果 56-58 4.2.6 结论 58-59 4.3 相对距离和相对速率估计 59 4.4 本章小结 59-60 第5章 基于六自由度拦截仿真的分析与验证 60-70 5.1 EKV动力学模型 60-63 5.1.1 基于发射惯性坐标系建立EKV质心运动方程 60-62 5.1.2 基于弹体坐标系B建立弹体绕质心的动力学方程 62-63 5.2 目标动力学模型 63-64 5.2.1 位置矢、速度矢、加速度矢 63 5.2.2 地球引力 63-64 5.3 制导系统 64-66 5.3.1 依据拦截弹和目标的相对参数计算测量参数 64-65 5.3.2 目标视线坐标系相对弹体的定向 65 5.3.3 相对运动方程和真比例导引制导指令 65-66 5.4 控制系统 66-68 5.4.1 粗调过程 66-67 5.4.2 微调过程 67-68 5.5 仿真结果 68-69 5.6 本章小结 69-70 第6章 大气层外拦截性能研究 70-83 6.1 弹道重建方法——样条滤波 70-73 6.1.1 建立状态方程 70-71 6.1.2 建立观测方程 71 6.1.3 样条滤波算法 71-73 6.2 EKV和目标弹道重建 73-74 6.2.1 EKV弹道重建 73 6.2.2 目标弹道重建 73-74 6.3 拦截性能研究 74-82 6.3.1 相对状态计算 74 6.3.2 EKV脱靶量 74-75 6.3.3 仿真结果 75-82 6.4 本章小结 82-83 第7 章 结论 83-86 参考文献 86-90 在硕期间学术文章发表情况 90
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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 火箭、导弹 > 导弹 > 制导与控制
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