弹道修正弹落点预报方法研究

为了根据空中飞行弹箭的一段实测弹道参数,准确预报弹道落点,并实施弹道修正,实现对目标的精确打击,在阐述弹道修正弹飞行原理的基础上,建立了扩展卡尔曼气动参数辨识弹道模型。该模型可对一段实测弹道参数进行弹道滤波,辨识出空中飞行弹丸的实际阻力和升力符合系数,并能较准确预报其后续飞行弹道。数值计算结果表明,经扩展卡尔曼弹道滤波后,能有效剔除测量弹道参数的噪声,且坐标滤波方差、阻力和升力符合系数迅速收敛;预报弹道落点的精度与飞行弹道参数的测量时间和采样时间间隔有关,考虑到实时弹道预报方法的预报弹道落点精度和解算时间等,飞行弹道参数测量时间宜取6~8s,采样时间间隔宜在60~120ms范围内选取,为弹箭实现弹道修正提供了参考。     

基于卡尔曼滤波的弹箭飞行状态估计方法

为了快速、准确地获取弹箭飞行状态参数,讨论了采用不同卡尔曼滤波的弹道估计过程.采用质点弹道模型,考虑了动力平衡角的影响,以随机横风为过程噪声,建立了弹箭飞行状态方程;基于实测的弹箭位置、速度参数,建立了量测方程;分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和线性化卡尔曼滤波(LKF)对测量数据进行最优估计,提出一个弹道滤波混杂算法.以某低旋尾冀弹为例,在坐标雷达探测体制下进行了仿真计算.结果表明,混杂算法减少了系统的在线计算量,提高了弹箭飞行状态的估计精度.     

两种卡尔曼滤波模型在修正弹弹道数据处理中的应用比较

为了准确实时估算修正弹的无控弹道,实现简易弹道修正,进一步提高弹箭的密集度,分别应用"当前"动态运动线性模型卡尔曼滤波和非线性质点弹道模型的扩展卡尔曼滤波,对GPS测量的修正弹飞行弹道空间位置参数进行滤波算法的实现与比较.算例仿真结果表明,采用质点弹道模型的滤波估计精度和收敛速度优于"当前"动态运动模型,但对系统模型参数的精度要求较高,对模型参数和过程参数变化的适应性不如"当前"动态运动模型.     

在线弹道参数滤波与辨识方法分析

为解决基于雷达探测系统的一维弹道修正弹的快速在线弹道参数辨识及精度分析问题,针对阻力环体制的一维弹道修正弹,建立了适配于一维弹道修正弹的飞行控制弹道模型,并基于卡尔曼滤波理论建立了弹道滤波模型,给出了弹道预报的方法。结合扩展卡尔曼弹道滤波模型,计算分析了数据测量精度、基础阻力系数变化等因素对预报弹道落点的影响。研究结果表明:为了提高无控弹道和修正弹道的预报精度,应尽可能准确地获取全弹的阻力系数,并进行若干发炮射试验,通过反复调整预报-校正分段以确定出较佳弹道参数方差,来提高后续弹道预报精度。     

UKF滤波算法在弹箭落点估计中的应用

依据部分弹道的弹道轨迹测量数据,准确预报弹道落点,是弹道修正弹药智能化的关键技术.综合考虑滤波精度和算法复杂度,文中采用质点弹道模型和无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter)方法,建立了弹道滤波模型和外推弹道模型.通过对雷达测量数据的处理结果表明,UKF弹道滤波模型和质点外推模型有较高的精度.     

一种一维弹道修正弹自适应落点控制算法

针对在发射前预先装定弹道信息的传统弹道修正弹控制方法存在易受外界因素扰动的问题,提出了一种一维弹道修正弹自适应落点控制算法;通过建立弹道滤波模型外推弹道,利用自适应落点控制算法,得到阻尼器修正参数修正弹道,并根据弹丸飞行参数每隔特定时间循环上述过程实现自适应修正,直到引信引爆;仿真结果表明:滤波外推后的弹道更接近于实际弹道,经过多次弹道修正可以有效减小落点弹目偏差,与传统弹道修正方法相比较,改进弹道修正方法可较大幅度提高对静态目标的打击精度.     

抗野值卡尔曼滤波在火箭弹落点估计中的应用

为了实现火箭弹精确打击,根据飞行弹道参数对弹道进行修正.应用文中提出的双气动参数辨识算法,去除出现在信号初始阶段的野值,降低对后续卡尔曼滤波的影响.随后利用基于新息判断野值的卡尔曼滤波器,结合质点弹道模型,建立了卡尔曼滤波弹道模型,对一段飞行参数进行野值的去除与滤波,并对火箭弹落点进行外推.结果表明,该方法可以将量测数据中的野值有效去除.落点估计可知,外推时间的推后可以增加预估的精度.     

基于渐消记忆滤波的弹道修正弹落点预测

针对滤波处理所需时间长、准确建立误差模型难的问题,提出了仅对弹道落点预测偏差进行滤波的方法,给出了弹道方程及落点预测方程.关于弹道修正弹飞行过程中弹道经常发生突变及弹载计算机运算能力有限的问题,提出了基于渐消记忆滤波的自适应滤波方法,采用半实物仿真试验和飞行试验对该滤波方法进行了试验验证,结果表明该方法能实现实时滤波,弹道突变时滤波后的预测偏差可保持相对平滑,没有引起发散现象,实用性很强.     

弹道修正中的控制算法

对于一维弹道修正弹研究来说,如何根据对炮弹一段飞行弹道上实时测量的弹道参数,迅速、准确地解算出修正指令来起控弹上控制机构在后续弹道上某位置适时作用以进行弹道修正,是一个重要问题.针对一维弹道修正弹特性和飞行原理,根据外弹道理论和弹道模拟方法,对依据一段弹道实时测出的弹道参数如何快速计算全弹道射程的不同计算方法进行了介绍...     

带微型扰流片的尾翼弹飞行弹道仿真

为了研究微型扰流片的控制机理及控制效果,以某带微型扰流片的尾翼弹为研究对象,从动力学角度分析微型扰流片动作对尾翼弹飞行弹道的影响,建立了该类弹箭的六自由度飞行动力学模型并进行了飞行弹道数值仿真;不同速度条件下扰流片对弹箭侧偏和射程的修正结果表明：在弹箭飞行过程中某一个时刻启动微型扰流片后,弹箭的飞行姿态可以发生较大的变化,从而改变其飞行轨迹,达到弹道修正的目的。     

基于改进标称轨道法的再入轨迹设计

对航天飞机标准轨道法进行改进,在更新部分D-V剖面、更新整个D-V剖面的基础上,提出第3种剖面更新的方法,以下简称修正标准飞行剖面参数法。该方法在考虑当前飞行时刻的瞬间,平移整个标准飞行剖面,以满足航程要求;采用轨道跟踪控制技术跟踪标准飞行剖面,使得实际航程逼近标准航程;该方法不更新D-V剖面,降低了算法的复杂性,减少计算量并具有较高的制导精度。基于该方法对NASA马歇尔空间飞行中心研究的空天飞行器模型进行再入轨迹设计,仿真结果表明,该方法获得的轨迹不仅能满足过载、热流和动压等过程约束及终端约束,并且轨迹光滑,无跳跃,具备一定的工程应用价值。     

二维弹道修正引信弹道辨识模型及精度仿真分析

文中提出利用卡尔曼滤波技术来建立二维弹道修正引信弹道辨识模型,在弹道方程基础上建立了卡尔曼滤波的弹道辨识状态方程和量测方程,构建了二维弹道修正引信弹道辨识模型算法;利用均匀设计方法对弹道辨识模型的精度进行了仿真分析,仿真结果表明基于卡尔曼滤波技术的弹道辨识模型可以满足弹道修正引信的系统精度要求.     

火箭弹横向散布的弹道修正技术研究

在火箭弹主动段弹道辨识修正原理的基础上,提出了以脉冲矢量为修正方式,在弹道被动段设置修正火箭弹横向散布的推冲点,以实现修正弹道的方法.该方法根据在主动段末点立即进行一次修正后的炮弹落点的位置,沿实际弹道逐步寻找适当的推冲点.同时以122mm火箭弹为例,根据运动方程建立了其数学模型,并通过仿真证明了该方法是提高命中率的行之有效途径.     

固定舵二维修正弹外弹道仿真与动态模拟

为研究固定舵二维弹道修正弹的修正能力,采用流体力学分析软件Fluent与机械系统动力学自动分析软件Adams联合仿真方法建立了固定舵二维修正弹的动力学仿真模型。基于鸭舵修正原理提出了仿真环境下鸭舵减旋和测姿的模拟方法,在Adams软件环境下通过在舵片模型上建立Marker监测点实现了对鸭舵实时滚转角的直接监测;应用该仿真方法对横风作用力从1 N增大到10 N的情况进行仿真,相比于无风干扰,横偏增加了36.5%到298.0%;分别对10 N横风作用力、0.5°横向跳角和0.5°定起角干扰下的弹道修正进行了仿真。研究结果表明：相对于无修正情况下的横偏,在10 N横风作用力下的修正量能够达到90%,由跳角引起的横向、纵向落点偏差得到显著降低;通过与半实物仿真实验及实弹射击试验的对比,证明该仿真方法具有一定的合理性。     

基于弹道速度最小点的弹道辩识快速算法

通过对大量弹道仿真数据的分析，提出了基于弹道速度最小点的弹道辩识快速算法，并从理论上证明了该算法的正确性。仿真分析表明，该算法对弹道的识别精度较高，非常适合于质点弹道模型为基础的常规火炮弹药的弹道辩识。     

跳跃式弹道性能分析

利用数学仿真计算了由重力、攻角等因素引起的跳跃式弹道的速度损失,分析了跳跃式弹道速度利用率、射程和突防能力等性能,并与抛物线弹道进行了比较.结果显示,相比于抛物线弹道,跳跃式弹道的速度利用率、射程有所降低,但其包括助推段、飞行中段,再入段在内的全程突防能力都显著提高,且在总冲量保持不变的情况下.通过合理分配推力、工作时间和攻角,可以最大限度地达到速度利用率、跳跃幅度和射程的最优效果.     

月球探测器转移轨道特性

利用双二体模型分析了发射月球探测器的有关轨道特性;对地月转移轨道是否与白道共面两种情况作了讨论;阐述了探测器在地月空间飞行的几何关系和原理;并给出了部分计算公式.通过数字仿真,得到了一些有用的结论.计算结果表明,探测器到达月球影响球边界上的位置(入口角λ1)的选取,不仅可以决定发射月球探测器所需要的总速度,也可以决定总飞行时间.     

基于极大值原理的弹道修正引信弹道优化控制研究

为了通过弹道修正引信控制弹丸按照特定弹道飞行以击中目标,基于空气动力学和优化控制原理建立了以弹道修正控制消耗能量最小为目标的弹道控制优化模型。应用极大值原理求解该优化模型,其中的初值问题采用牛顿迭代法求解。算例优化结果表明：在给定初始修正点和目标点情况下,由优化模型得到的法向过载优化值能够控制弹丸击中目标位置。文中优化结果为弹道修正机构的设计提供了理论依据。     

水下飞行器的弹道仿真

水弹道问题是水下发射技术着重研究的关键问题之一.模拟了全湿流状态下水下飞行器在铅垂面内的有控弹道,并就仿真结果与无控弹道进行了对比分析.分析结果表明,水下飞行器发射时,增加控制作用可以明显地减小俯仰角偏差.     

图像制导导弹的弹道设计

通常,图像导引头的瞬时视场较小,而识别距离短,在复杂背景下,目标识别和捕获必须靠人才能完成,若弹道设计不合理会大大降低捕获目标的概率.本文分析了弹道设计对目标搜索和捕获的影响,提出了适合这类导弹的典型弹道及相应的弹道参数设计方法.