末端弹道雷达信号的滤波及弹道外推研究

基于末端弹道小机动、平稳特点,采用质点弹道模型描述目标的运动,结合非线性不敏卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter,UKF)对雷达量测数据进行滤波及弹道参数估计。根据现实需要,由某一时刻滤波得到的目标位置、速度和弹道系数进行外推计算。计算结果表明,对于飞行马赫数为1~3的来袭目标,外推2s目标空间位置绝对误差可以稳定控制在10m左右。考虑到雷达对目标的径向速度测量数据较为精确的特点,提出了一种基于最小二乘拟合和充分利用径向速度数据的计算方法,确定了目标外推初始边界条件。计算过程和结果表明,该方法具有更快的计算速度和更好的计算精度。     

卡尔曼滤波在弹道修正弹落点推算中的应用

为了准确地估算常规弹箭的飞行弹道,以便对其实施简易弹道修正并大幅度提高殚箭的密集度,应用卡尔曼滤波方法,结合质点弹道模型,建立了卡尔曼滤波弹道模型.对地面侦察雷达撂测到的一段飞行弹道参数进行滤波,进而外推出弹道落点.仿真结果表明,雷达测量信号中的噪声具有随机性且幅值较大,在卡尔曼滤波过程中,滤波方差衰减很快,滤波后测量噪声能够较快地大幅度减小;外推弹道落点精度随着雷迭跟踪时间(跟踪点数)的增加而迅速提高,经过一段跟踪时间后,这种趋势逐渐变缓.对于大口径弹道修正弹,雷达跟踪点数宜取30～40点,求解一条弹道约需几十mS.     

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.     

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.     

基于小波变换的外弹道测量数据处理方法

为去除外弹道测量数据中的噪声,分析小波变换用于外弹道测量数据处理的基本原理,结合某新型雷达和弹种的参数进行弹道测量数据仿真,用小波变换的方法对仿真数据进行处理,并与Kalman滤波方法的结果进行比较。仿真结果表明在弹道模型未知的情况下,小波滤波方法的精度更高,战场实用性更强。     

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.     

基于七维状态向量反向无迹卡尔曼滤波的弹道外推算法

针对弹道模型误差、参数估计误差以及外推距离过长导致定位精度低的问题,建立了基于七维状 态向量的反向无迹卡尔曼滤波外推算法。为精确建立状态模型,该算法将弹道系数作为状态参量,纳入滤波过程。采用无迹卡尔曼滤波算法,以提高非线性估计精度。此外,由于正向滤波外推距离长,模型误差积累大,该算法采用反向滤波处理,将雷达测得的首点作为滤波终点,通过4阶龙格-库塔方程外推炮位。仿真结果表明,该算法定位精度相较原算法提高约50%.     

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。     

拟合弹道系数法进行弹道外推的研究

弹道系数Cb是影响弹道外推的重要参数。当前,在弹道外推计算时Cb的值主要依靠经验进行人工估计,其精度较差,从而影响外推精度。为提高弹道外推的精度,文中提出了一种利用拟合弹道系数C*b进行外推的方法,该方法根据弹道测量数据求C*b,而且能将各种射击条件的探测误差折合进弹道系数,保证了射击条件探测误差较大情况下的外推精度,具有很强的实用性。仿真结果表明,外推误差在0~0.3%D范围的概率达99.5%以上。     

基于卡尔曼滤波的GPS弹道测量误差消除方法

针对弹道修正引信工作环境恶劣、引信空间有限及要求成本低,难以应用GPS/惯导组合,而最小二乘滤波在系统表现为强非线性时,估计精度很差,甚至完全不可用,提出一种基于卡尔曼滤波的GPS测量误差消除方法。该方法结合质点弹道模型,采用扩展卡尔曼滤波对GPS测量值进行最优估计,为弹道预测提供初始弹道诸元。靶场试验结果表明:扩展卡尔曼滤波最优估计能有效降低GPS测量误差。     

一种基于遥测信息的外弹道择优方法

为了解决航天靶场实时外测弹道人工拣择带来的不准确、不稳定、鲁棒性不强以及缺乏参考标准等缺点,以提高指控中心指挥决策的准确性和高效性,应用空间坐标变换理论和经典动力学理论分别构建了遥测角度同外测速度、遥测视加速度同外测加速度的关联模型,建立遥测信息同外测弹道信息的关系,提出了一种基于遥测信息的外测弹道择优方法。以某火箭理论弹道数据和理论遥测数据为输入,对遥测角度同外测速度、遥测视加速度同外测加速度的关联模型进行仿真验证,由仿真结果可知关联模型的误差很小,从而验证了关联模型的正确性。最后以火箭实际测量外测弹道数据、遥测参数信息为输入,应用弹道择优方法得出全局择优弹道,将全局择优弹道、其他局部外测弹道同事后高精度弹道进行比较,由比较结果可知全局择优弹道的综合误差最小,从而验证了择优方法的有效性和正确性。基于遥测信息的外弹道择优方法正确建立了某些关键遥测信息同外测弹道信息的关联模型,能够选择出精度较高的外测弹道,从而能够为指控中心提供更多的弹道择优辅助决策手段,具有较强的理论应用价值。     

舰炮发射弹道修正弹测量弹道坐标转换精度研究

舰炮发射弹道修正弹后舰艇将继续航行,测量弹道的舰面雷达随之运动和摇摆,需要将 雷达测量的相对弹道坐标转换到以发射时炮口为原点的弹道坐标系中。相对弹道坐标、舰艇摇摆 角、航速、航向角等测量误差和舰艇升沉均会对转换后的弹道坐标精度产生影响,为量化诸误差对 弹道坐标的影响,建立了诸误差对弹道坐标精度影响的数学模型,并进行了仿真计算,得到了相对 弹道坐标、摇摆角、航速、航向角等测量误差和升沉对转换后弹道坐标精度的影响情况。     

分布式雷达对非合作目标弹道测量精度分析

针对非合作目标高精度弹道测量问题,提出采用一主三副脉冲体制分布式雷达系统组网测量模式,对系统提供的“多测距多测速”冗余测元采用基于函数约束的测元层数据融合计算方法,通过仿真计算,分析了弹道测量精度,结果表明:在合理布站条件下,如果雷达测元只含有随机误差,则弹道测量精度很高; 如果测元存在系统误差,则弹道测量精度有所下降。针对消除测元系统误差,提出了4项修正内容。该文研究工作为今后作战试验条件下雷达组网测试和数据处理提供了参考。     

遥控指令弹道修正弹外弹道最优预测模型

根据遥控指令弹道修正弹的外弹道数据特点，在广义Kalman数据估计的基础上，提出了一种基于弹道扰动噪声估计的弹道修正弹外弹道最优预测模型。该方法摆脱了对于弹道状态方程中发射前扰动噪声数据的依赖，避免了由于扰动噪声非实时性估计而产生的计算误差。文中把弹道扰动噪声分为常值噪声和均值为零的高斯白噪声，并对噪声估计的准确性进行了详细的定量分析。根据对遥控指令弹的观测段弹道扰动噪声估计的结果，改进了观测段的弹道估计算法，降低了计算量，提高了非观测段弹道预测的精度。仿真计算结果验证了文中模型的正确性。     

弹道解算用数值天气预报风修正系数辨识

为了快速准确获取弹道解算用数值天气预报中风的预报误差,实现对弹道解算用数值天气预报中风预报误差的数值修正,提升火炮气象保障精度,以原始预报气象数据为基础气象条件,以质点弹道模型为系统模型,以风修正系数描述风的预报误差,基于无迹卡尔曼滤波算法,对实测弹道数据进行处理,提取风的预报误差。以一段实测弹道数据和WRF模式原始预报气象数据为例,对该方法的辨识效果进行检验。结果表明:与实测的风修正系数相比,辨识所得纵风修正系数和横风修正系数的相对误差分别为7.20%和3.97%; 原始预报气象数据中的纵风和横风经修正后,其误差分别减小85.19%和79.27%。     

花瓣型一维阻力修正机构设计及外弹道仿真

为了提高小口径榴弹的射击精确度和射击密集度,设计了一种花瓣形一维阻力修正执行机构,以35 mm口径榴弹为弹丸平台设计一维弹道修正弹;利用流体力学软件ANSYS Fluent进行弹丸飞行流场数值仿真,获得了不同马赫数情况下各弹丸模型的气动参数;通过质点弹道模型对弹丸外弹道进行仿真计算;结果表明：阻力执行机构展开过程耗时0．006 s,可以提供平均阻力系数比为3．01;弹道仿真得出：在给定的条件下,修正弹可以提供最大140 m射程修正量。     

“红外卫星-地基雷达”航迹融合算法的实现及精度分析

为提高对助推段弹道导弹轨迹跟踪的精度,设计一种“红外卫星-地基雷达”航迹融合算法。通过建立传感器量测和航迹融合的仿真模型,结合凸组合融合法和协方差交集法,分别实现了实现天波超视距雷达和红外预警卫星配准后航迹数据的融合,以及天波超视距雷达和红外预警卫星配准后航迹数据的融合。通过仿真证明了在进行航迹融合后的跟踪结果较SBIRS单独的跟踪结果精度更优。本文设计的凸组合融合法和协方差交集法的跟踪结果精度可以满足针对弹道导弹的早期预警需求。     

基于Unity3D 的火炮外弹道虚拟视景仿真系统

应用Unity3D虚拟现实开发引擎,建立一套火炮外弹道虚拟视景仿真系统.该系统根据火炮射击过程特点确定系统总体要求和开发流程,采用UG+3ds Max联合建模方法建立弹丸和火炮模型;分析火炮质点外弹道方程组,结合Unity3D的API C#脚本编辑系统、粒子系统、声音系统以及NGUI第三方插件实现对火炮发射过程的视景仿真设计,并通过算例与弹道表数值进行比较.结果表明:该系统能在视觉上更好地表现火炮发射和弹丸的飞行状态,为武器弹药研发者提供参考.