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基于概率偏差的战术导弹总体方案设计技术
作 者: 刘常青
导 师: 罗文彩
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 航空宇航科学与技术
关键词: 战术导弹 偏差量 随机不确定性 优化 抽样
分类号: TJ761.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
导弹总体偏差量的存在直接影响到导弹总体的实际性能。论文以提高存在总体偏差量情况下的战术导弹总体设计水平为目标,充分考虑导弹总体偏差量对导弹总体实际性能的影响,在分析总体偏差量特点基础上,研究导弹总体偏差量概率模型的建立方法,并建立基于偏差量的导弹总体方案设计模型,在此基础上进行总体方案优化设计和分析。论文主要研究内容如下:首先,总结了导弹设计过程中偏差量因素的来源,分析了工程中偏差量的常见模型,针对导弹设计中小样本数据建模这一关键问题,引入Bayes理论,与经典数理统计方法相结合,针对数据来源分布已知和未知两种情况,提出了常规小样本数据建模方法和基于Bayes统计推断的小样本建模方法,并给出了小样本数据建模的统一流程图。然后,针对战术防空导弹打击来袭目标的一个特定任务场景,将偏差量因素耦合到弹道模型中,研究了偏差量模型的抽样技术,给出了小样本情况下偏差量的抽样方法。通过对偏差量的抽样,采用Monte Carlo仿真方法,初步设计了可行飞行弹道,并分析了弹道的统计特性。接着,基于导弹的偏差弹道模型,分析导弹研制成本和周期与导弹试验数据获取容量的关系,将研制成本和周期因素同精度指标一起作为优化目标,组织随机不确定性优化过程,仿真计算得到了最优设计方案,定性分析了计算复杂性,计算了仿真次数与设计结果可信度之间的关系。最后,对最优设计方案进行了结果分析,包括最优设计方案对最优设计点和约束的灵敏度分析,最优设计点对固定参数和约束的灵敏度分析以及约束受到破坏时将会产生的影响,对设计变量和约束的控制要求给出了建议。本文得到的最优设计方案虽然是针对特定的任务场景得到的,但其整个的设计流程和思路具有普遍的借鉴意义。
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全文目录
摘要 9-10 ABSTRACT 10-12 第一章 绪论 12-21 1.1 研究背景 12-14 1.1.1 导弹研制的一般流程 12 1.1.2 导弹总体方案设计技术及其发展过程 12-13 1.1.3 概率偏差对导弹总体设计方案的影响 13-14 1.2 相关技术及其研究现状 14-19 1.2.1 小样本数据建模与Bayes 方法 14-16 1.2.2 Monte Carlo 仿真应用 16-17 1.2.3 不确定性优化技术 17-18 1.2.4 灵敏度分析技术 18-19 1.3 本文主要内容与框架 19-21 第二章 导弹总体设计偏差量概率模型建模 21-35 2.1 概述 21-22 2.1.1 总体设计偏差量分析 21 2.1.2 偏差量与不确定性 21 2.1.3 偏差量来源分析 21-22 2.2 大样本数据建模方法 22-27 2.2.1 常用分布拟合方法 22-24 2.2.2 拟合优度检验 24-25 2.2.3 非参数拟合方法 25-27 2.3 常规小样本数据建模方法 27-30 2.3.1 小样本数据 27-28 2.3.2 常规建模方法 28-30 2.4 基于Bayes 统计推断的小样本建模 30-35 2.4.1 Bayes 基本假设 30-31 2.4.2 先验分布的确定方法 31 2.4.3 Bayes 统计推断 31-35 第三章 基于偏差量的导弹总体方案与弹道模型 35-71 3.1 概述 35 3.2 导弹总体模型 35-43 3.2.1 战技指标 35-37 3.2.2 大气模型 37-38 3.2.3 导弹运动方程组 38-40 3.2.4 气动外形 40 3.2.5 制导系统模型 40 3.2.6 推进系统 40-41 3.2.7 电源与质量 41 3.2.8 可靠性方案 41 3.2.9 制造成本模型 41-42 3.2.10 战斗部与杀伤概率 42-43 3.3 偏差弹道模型 43-48 3.3.1 偏差弹道参数约定 43 3.3.2 质心运动方程 43-44 3.3.3 绕质心转动方程 44-45 3.3.4 作用力和力矩 45-46 3.3.5 偏差弹道方程 46-48 3.4 飞行试验及数据获取 48-51 3.4.1 数据获取与处理 48-49 3.4.2 试验经费与周期 49-51 3.5 偏差量模型及抽样方法 51-64 3.5.1 偏差量模型 51-59 3.5.2 常用抽样技术 59-60 3.5.3 小样本抽样方法 60-64 3.6 弹道仿真计算与结果分析 64-71 3.6.1 仿真计算流程 64-65 3.6.2 弹道仿真结果 65-69 3.6.3 仿真次数与结果可信度分析 69-71 第四章 基于偏差弹道模型的导弹总体设计方案优化 71-86 4.1 概述 71 4.2 优化模型 71-77 4.2.1 不确定性优化模型 71-72 4.2.2 优化目标函数 72-73 4.2.3 约束条件 73-74 4.2.4 设计变量 74-75 4.2.5 随机不确定性优化模型 75-77 4.3 优化过程 77-79 4.3.1 设计变量灵敏度分析 77 4.3.2 优化方法 77-78 4.3.3 计算复杂性分析 78-79 4.4 优化结果 79-86 4.4.1 最优弹道计算结果 79-81 4.4.2 最优弹道设计裕量 81-86 第五章 导弹最优设计方案结果分析 86-95 5.1 概述 86 5.1.1 最优方案结果分析的概念 86 5.1.2 最优方案结果分析的必要性 86 5.2 最优方案结果分析内容与方法 86-88 5.2.1 最优方案结果分析的基本内容 86-87 5.2.2 最优方案结果分析的方法 87-88 5.3 分析结果 88-94 5.3.1 可行弹道的进一步分析 88-90 5.3.2 最优弹道灵敏度分析 90-93 5.3.3 破坏约束影响 93-94 5.4 结论 94-95 结束语 95-97 致谢 97-98 参考文献 98-106 作者在学期间取得的学术成果 106
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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 火箭、导弹 > 导弹 > 导弹:按射程、作用、结构区分 > 战术导弹
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