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分布式数字化牵引高炮火控系统分析与实现

作　者: 刘锐
导　师: 盛安冬
学　校: 南京理工大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 火控系统不完全量测随机有偏量测射击体制命中概率拦阻射击应急射击
分类号: E917
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

火控系统是兵器系统的重要组成部分,分布式火控系统是目前高炮火控系统发展的主流结构形式之一。随着火控系统从模拟式向数字式过渡,分布式火控系统出现了一些新变化、新特点和新问题。本文来源于数字化改造后的高炮分布式火控系统总体工程实践,针对分布式数字化牵引高炮武器系统的主要特点,以目标跟踪系统对目标的探测能力作为切入点,研究在目标距离完全探测、不完全探测以及完全缺失情形下高炮的射击体制问题,目的是通过一系列改进措施来减小传统火控系统的射击诸元误差、提高火控系统的命中概率、扩大现有的分布式高炮系统的适用范围。所研究的理论与技术,可为近程防空反导领域中的速射小高炮的火控系统总体论证、设计与试验提供理论与方法的参考。首先,就目标跟踪系统的不完全量测和随机有偏量测问题,在二阶误差意义下给出了不完全量测随机有偏离散观测系统的估计误差方差下界；利用误差非线性传递特性,得到了不完全随机有偏量测下,高炮火控系统的诸元误差统计特性。接着,针对目前高炮射击体制选择需要指挥员人工辅助决策的情形,提出了一种基于C3I系统的射击体制自主决策方法,该方法能实时自动地在跟踪射击、拦阻射击和应急射击体制中做出选择,缩短系统反应时间,减轻人工作业强度,降低了人工决策的风险。其次,为了研究数字化改造后,火控系统基线修正下跟踪射击的命中概率问题,建立了一种传统平行射向射击和基线修正射击的命中概率模型。理论证明：带基线修正射击体制的命中概率接近集火射击下的命中概率理论上界；相同前提下,带基线修正射击体制的命中概率高于不带基线的平行射向体制的命中概率。再次,针对现有拦阻射击体制的不足,提出了一种基于联邦架构的拦阻射击新方法,使得系统反应时间大为缩短,具有良好的扩展性和可实现性。同时,给出了一种以观测设备的测量方差或协调中心的估计方差决定拦阻弹幕大小的新方法。最后,在目标探测距离缺失下为了提高高炮应急射击的作战性能,基于目标匀速直线运动假定,提出了一种利用瞄准线角速度信息求解独立射击诸元的新方法。此外,探索性地给出了一种防激光告警的目标光电跟踪方法。以上研究成果已用于若干工程实践,并取得了良好的效果。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
1 绪论  13-30
  1.1 研究背景、目的与意义  13
  1.2 问题的提出  13-15
  1.3 火控系统发展概况  15-16
  1.4 高炮火控系统的现状及发展趋势  16-18
    1.4.1 高炮火控系统的现状  16-17
    1.4.2 高炮火控系统的发展趋势  17-18
  1.5 量测估计性能及其对火控系统精度的影响  18-22
    1.5.1 估计性能评价准则——CRLB  18-19
    1.5.2 不完全量测的研究现状  19-20
    1.5.3 随机有偏量测的研究现状  20-21
    1.5.4 误差传递的研究现状  21-22
  1.6 高炮射击死界的研究现状  22
  1.7 跟踪射击体制的研究现状  22-25
    1.7.1 分布式火力配置下的命中概率分析  23-24
    1.7.2 待机控制  24
    1.7.3 实时闭环校射  24-25
  1.8 拦阻射击体制的研究现状  25-26
  1.9 应急射击体制的研究现状  26
  1.10 本文研究内容及创新点  26-30
    1.10.1 本文的研究内容  26-29
    1.10.2 本文的创新点  29-30
2 不完全随机有偏量测下诸元误差统计特性分析  30-47
  2.1 引言  30-31
  2.2 不完全量测下随机有偏离散线性系统模型  31-32
  2.3 不完全随机有偏量测的CRLB下界  32-38
    2.3.1 不完全随机有偏量测的递推CRLB下界  32-34
    2.3.2 统计意义下的CRLB下界  34-38
  2.4 观测系统的CRLB与诸元精度的关系  38-40
  2.5 数值仿真  40-46
    2.5.1 计算测量方差  41-43
    2.5.2 计算目标跟踪系统的CRLB  43-44
    2.5.3 火控系统目标命中点误差方差下界  44-46
  2.6 小结  46-47
3 基于C~3I系统的射击体制自主在线决策  47-65
  3.1 引言  47
  3.2 目标航路信息与射击体制的选择  47-49
    3.2.1 目标的可观测性  47-48
    3.2.2 目标特征  48
    3.2.3 高炮射击策略  48-49
  3.3 武器线角速度  49-53
    3.3.1 符号定义  49-51
    3.3.2 瞄准线、武器线角速度计算公式  51-53
  3.4 射击体制在线决策准则  53-59
    3.4.1 高炮最大跟踪角速度  53-54
    3.4.2 最大跟踪射击区间  54-55
    3.4.3 最大射击时间与实际射击时间  55-57
    3.4.4 射击体制自主在线决策  57-59
  3.5 仿真  59-64
    3.5.1 武器线角速度与瞄准线角速度的关系  59-60
    3.5.2 武器线角速度与目标速度的关系  60
    3.5.3 武器线角速度与弹丸平均飞行速度的关系  60-61
    3.5.4 射击体制在线决策仿真  61-64
  3.6 小结  64-65
4 基线修正下的跟踪射击体制命中概率分析  65-80
  4.1 引言  65
  4.2 基本定义  65-67
    4.2.1 射击误差  66-67
    4.2.2 目标位置误差  67
  4.3 分布式高炮系统在不带基线修正的平行射向体制下的命中概率  67-71
  4.4 分布式高炮系统在带基线修正射击体制下的命中概率  71-73
  4.5 数值仿真  73-76
  4.6 工程应用  76-79
  4.7 小结  79-80
5 基于联邦架构的拦阻射击诸元求解方法  80-98
  5.1 引言  80
  5.2 系统构成  80-82
  5.3 基于联邦架构的拦阻射击体制工作原理  82-85
    5.3.1 各子火控计算机一次处理  82-83
      5.3.1.1 坐标变换  82-83
      5.3.1.2 初次火控解算  83
    5.3.2 信息协调中心二次处理  83-85
      5.3.2.1 信息融合  83-84
      5.3.2.2 确定拦阻点  84
      5.3.2.3 设置弹幕  84-85
    5.3.3 各子火控机三次处理  85
  5.4 拦阻射击弹幕帘配置方法  85-93
    5.4.1 拦阻面大小的求取  86-89
    5.4.2 均匀散布下的炸点配置  89-93
  5.5 算法流程图  93-94
  5.6 数值仿真  94-96
    5.6.1 仿真一  94-95
    5.6.2 仿真二  95-96
  5.7 小结  96-98
6 数字化高炮应急射击体制研究  98-121
  6.1 引言  98-99
  6.2 应急射击体制发展现状  99-103
    6.2.1 视在航路法  99-101
    6.2.2 陀螺仿真法  101-103
  6.3 基于瞄准线的应急射击体制  103-114
    6.3.1 瞄准线法  103-109
      6.3.1.1 瞄准线提前角  103-105
      6.3.1.2 命中点直角坐标求取  105-107
      6.3.1.3 射击诸元  107-108
      6.3.1.4 指示距离与开火距离的选择  108-109
    6.3.2 新方法与已有方法的对比  109-111
    6.3.3 数值仿真  111-113
    6.3.4 工程应用  113-114
  6.4 防激光预警的准被动目标跟踪方法  114-120
    6.4.1 纯被动光学瞄准具的测距误差  114-116
    6.4.2 准被动光学瞄准具算法设计  116-118
    6.4.3 数值仿真  118-120
  6.5 小结  120-121
7 总结与展望  121-123
致谢  123-124
参考文献  124-135
附录  135-136
  一.攻读博士学位期间发表的论文和出版著作情况  135
  二.攻读博士学位期间参加的科学研究情况  135-136

分布式数字化牵引高炮火控系统分析与实现

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