基于空间几何关系的反交会规避机动方法研究

针对具有自主接近能力的航天器开展了反交会规避机动方法研究。首先，建立了仅测角相对导航模型，对完全不可观测机动进行定义，基于空间几何关系推导并证明了完全不可观测机动是不存在的。随后，以施加规避机动后追踪器对逃逸器的测量值与未机动时的差异为优化目标，利用矢量乘积原理设计目标函数，建立优化模型并对变量约束进行分析，随后采用遗传算法对最优规避机动方向进行优化。给出的仿真算例结果表明，提出的规避机动方向计算方法能够使目标函数值达到最小，从而提升追踪器对逃逸器的状态估计难度，降低其估计精度。本文方法为规避机动问题研究提供了一种新的视角，可为以主动接近航天器这类新对象进行的规避研究提供有益借鉴。     

考虑可观测度的反交会规避机动方法

针对具有自主接近能力的航天器开展了反交会规避机动方法研究。建立了仅测角相对导航模型,随后利用状态估计误差给出了可观测度的定义,量化了可观测性指标。以可观测度为评价指标,提出基于虚拟轨道的可观测度计算方法,以可观测度梯度对规避机动方向进行优化,保证了规避机动使目标航天器的可观测性达到最大弱化,并给出了规避机动大小计算方法。给出了仿真算例,结果表明提出的方法能够使系统的可观测性明显减弱,达到了设计要求,为规避机动研究提供了一种新视角。     

航天器在轨防碰撞自主规避策略

论文提出了航天器与空间目标距离较近时的自主规避策略。分析了航天器与目标的相对运动模型,将相对运动分解为视线瞬时旋转平面内的运动与该平面的转动。对视线瞬时平面内的运动进行了分析,推导了航天器的最佳规避方向。探讨了在三维惯性空间中该方向的确定方法。通过仿真分析,对比了航天器具有不同规避加速度和不同探测距离时,通过机动所得脱靶量的大小,验证了航天器近距离自主规避策略的有效性。     

基于NMPC的战斗机末端机动规避策略

利用非线性模型预测控制（nonlinear model predictive control,NMPC）的思想建立了战机末端规避导弹的机动策略求解方法。根据导弹与战机的空战态势,建立了导弹与战机的相对运动微分方程;将导弹的导引律引入到导弹运动模型中,与飞机模型一起构建了系统预测模型,并对飞机和导弹的运动约束进行了分析。通过对导弹结构限制和战术特性的分析,给出了飞机机动规避导弹的性能指标,进而建立了机动规避导弹的最优控制模型。利用高斯伪谱法对模型进行求解,采用滚动优化策略实现了对机动规避策略的闭环求解。针对导弹气动参数和导航比未知以及相对测量量具有噪声的问题,利用极大似然法对导弹的气动参数和导航比进行估计,实现了对系统预测模型的反馈校正。仿真结果表明,此方法能够实现对导弹的机动规避。     

战斗机末端机动的非线性模型预测控制规避策略

利用非线性模型预测控制的思想建立了战斗机末端规避导弹的机动策略求解方法。根据导弹与战机的空战态势,建立了导弹与战机的相对运动微分方程;将导弹的导引律引入到导弹运动模型中,与飞机模型一起构建了系统预测模型,并对飞机和导弹的运动约束进行了分析。通过对导弹结构限制和战术特性的分析,给出了飞机机动规避导弹的性能指标,进而建立了机动规避导弹的最优控制模型。利用高斯伪谱法对模型进行求解,采用滚动优化策略实现了对机动规避策略的闭环求解。针对导弹气动参数和导航比未知以及相对测量量具有噪声的问题,利用极大似然法对导弹的气动参数和导航比进行估计,实现了对系统预测模型的反馈校正。仿真结果表明,此方法能够实现对导弹的机动规避。     

机动目标建模及机动检测算法

为解决机动目标跟踪问题,建立了非机动(匀速直线运动)和机动目标当前统计两种动态模型,并对机动目标当前统计模型的输入控制的估计进行了适当改进.同时对非机动模型的观测残差和机动模型的输入估计进行检验,以便准确检测目标机动.     

近距格斗规避方式研究

空中格斗过程中,当歼击机处于有利位置时,飞行员应操纵歼击机进行机动飞行以便能采用一定的攻击方式攻击目标飞机,当飞行员判断出空战态势对其不利时,往往采用一定的规避机动方法躲避敌机的跟踪和攻击。文中重点阐述了歼击机在空对空格斗状态下常用的几种规避机动方式:逃逸法、保持航向正切法和终端消极偏差法,给出了其定义,分析了其主要的运动特征,并对规避路线运动学方程及边界等运动特性进行了一定的研究。     

纯方位目标跟踪系统的可观测程度

首先建立了纯方位目标跟踪系统的动态模型和一个最小二乘估计器,分析了该系统的完全可观测性。在系统完全可观测的条件下,引入可观测程度这一概念。文中定义了两种描述系统可观测程度的方法。它们都很好地反映了系统可观测程度随跟踪时间的变化过程。研究发现,纯方位目标跟踪系统往往是弱可观测系统,这正是系统跟踪效果不佳的原因所在。然而,文中表明的系统可观测程度同跟踪几何态势关系密切这一事实,又使得从己艇机动入手解决跟踪效果差的问题成为可能,就是通过极大化系统的可观测程度优化己艇的机动策略。     

航天器轨道机动仿真

针对航天器轨道机动问题,研究了航天器的多种轨道机动方式,给出在不同轨道情况下的模型实现及数字仿真.设计了航天器轨道机动消耗的目标函数,建立了能量-时间消耗的混合优化指标,最终得出了航天器在不同约束条件下的轨道机动策略.     

基于反水雷导航作战的舰船规避区域研究

在遭遇水雷目标时,水面舰艇需按一定航线进行规避,如何制定规避航线、计算规避区域,对舰船航渡过程中的安全性至关重要。文章通过计算水雷危险圆半径,结合舰船机动性能特点,提出了规避线路和规避区域的解算方法,并根据舰船实际旋回曲线,对计算结果进行了修正,完善了解算模型。     

水面舰艇规避鱼雷最优策略

规避机动是水面舰艇对鱼雷防御的基础和前提,通过对水面舰艇规避鱼雷过程的分析,建立了水面舰艇规避鱼雷的战术基础模型,并采用变分法进行解算,从所有可能的规避轨线中选取最优的规避轨线.水面舰艇规避鱼雷的战术基础模型,为水面舰艇防御鱼雷作战方案的仿真论证、防御鱼雷最优规避轨线的方案生成提供依据.对研究水面舰艇规避鱼雷战术具有一定的参考价值.     

潜射导弹无动力运载器规避弹道仿真

基于无动力运载器规避弹道方案的可行性,建立了潜射导弹无动力运载器水弹道数学模型和海流模型,运用模拟退火法优化得出满足出水约束条件的预设偏航角可行域,并分别对艇速和海流影响下的规避弹道进行了仿真研究。仿真结果表明,发射艇速对规避弹道影响较为微弱;在预设偏航角可行域内偏航角越大,偏移距离则越大,且与规避方向相同的海流增大了预设偏航角可行域,使规避任务更容易实现,而方向相反的海流很可能对规避弹道产生颠覆性影响。仿真结论具有重要的工程参考价值。     

用批递归估计器纯方位跟踪机动目标

本文介绍一种新的批递归估计器用杂波中的纯方位量测跟踪机动目标(即,低信噪比(SNR)目标)。标准的递归估计器跟广义卡尔曼滤波器(EKF)一样由于缺乏初始目标距离信息而造成粗劣收敛和不稳定状态。另一方面,批估计器不可以处理目标机动。为了纠正这些缺陷,本文用概率数据互联将批最大似然——概率数据互联估计器(ML-PDA)同递归交互多模型(IMM)估计器组合,在有杂波的条件下产生较好的航迹初值和航迹保持结果。还论证,批递归估计器可以用于基于目标状态估计的自适应己舰机动决策,以提高目标的可观测性。跟踪算法对有8dB信噪比的目标被证明是有效的。     

用于跟踪机动目标的交互式加速度补偿算法

两级卡尔曼估计器研究针对在有随机偏差的情况下的状态估计,通过把目标加速度视为一偏差向量,用于对机动目标的跟踪。此时,目标加速度作为一个偏差,第一级估计器包含了一个常速机动模型,由其估计出目标位置和速度,而第二级估计器则估计目标加速度。当目标机动被检测出时,则该加速度估计用于修正第一级估计器中的估计。本文介绍的交互式加速度补偿算法(IAC)能克服对两级估计器明显机动检测的要求。此IAC算法被视为是一个具有两个加速度模型的两级估计器:零加速度的等速度模型和等加速度模型。交互式多模型算法(IMM)用于计算加速度估值,以补偿等速滤波器的估值。仿真结果表明,IAC算法的跟踪性能和IMM算法的性能相当,而计算量大约是IMM算法的50%。     

轨道转移航天器紫外自主导航的应用

应用紫外敏感器可较高精度地实现航天器全程自主导航。为解决其应用于中高轨不全程可见以及地心距测量误差大的问题,将紫外敏感器采用中心视场和环形视场同轴的结构,用中心视场观测地球,仅以地心方向矢量作为观测量降维输出,采用扩展卡尔曼滤波算法估计出航天器的位置和速度。对该方案建立算法模型,以轨道高度1 000~36 000 km的转移轨道为例仿真验证,研究测量精度、采样周期对导航精度的影响,分析系统可观性。仿真结果表明,系统可观,紫外敏感器测量精度越高导航精度越高,地心方向测量误差不大于0.05°时导航精度位置误差不超过4km、速度误差不超过0.5 m/s,方案有效可行。     

一种新型非线性滤波器在目标状态估计中的应用

研究了球坐标系中目标状态估计问题,应用一种新型非线性滤波器设计了目标状态估计器,选择了机动目标“当前”统计模型作为目标加速度模型,对所设计的状态估计器进行了仿真,仿真结果表明该估计器具有令人满意的性能。     

基于空间发射的远程交会路径规划

研究了空间平台发射追踪器的相关技术和组合机动路径规划策略。首先对空间发射方式、发射窗口和发射初始姿态需求进行了系统分析,选择了合理的发射方式,提出了发射方案设计策略。针对空间平台发射追踪器实现与目标远程交会的组合机动问题,进行了基于投放发射的空间交会任务分析。建立了非线性多冲量推进最优变轨数学模型,以及基于空间发射的多约束多参数组合机动路径规划模型。设计了遗传算法+序列二次规划串行混合求解策略进行求解,并对发射方案和参数选择的必要性进行了仿真分析。仿真结果表明,本方法能够有效实现基于空间发射的远程交会任务设计及组合机动路径规划。研究结果为空间发射任务和组合机动路径规划提供了有价值的参考。     

基于时空棱镜的时空风险表达与规避方法

时空风险的规避是任务规划必要的一环。为了能综合考虑态势、环境等与时空相关因素带来的风险,需要一种能够兼容各种因素的风险表达方法。借鉴时空棱镜理论定义了危险逃逸时空棱镜,阐述其计算原理;描述可靠性风险、规避性风险、代价性风险在时空棱镜中的表达方法;阐述利用时空棱镜和危险逃逸时空棱镜在机动路线规划中进行风险规避的计算步骤;最后,以一个态势设定为实验对象,验证方法的合理性。实验表明,该方法能直观描述不同任务类型的可行时空区域,可提供从整体上对风险进行表达和规避计算的时空视角。     

水声对抗线导鱼雷中的舰艇规避航向优化策略分析

利用传统经验值得出了舰艇在布放噪声干扰器后干扰潜艇平台的机动规避航向和舰艇布放声诱饵后远离鱼雷的机动规避航向。考虑到舰艇在布放声诱饵后远离鱼雷的规避过程中不可能时刻保持直航,又利用运筹学优化原理,将舰艇远离鱼雷的机动规避航向问题归结为有约束的目标函数优化问题,利用求解非线性规划的方法得到了舰艇的最佳机动规避范围。     

基于引导通过作战的水雷规避问题

在遭遇水雷目标时,水面舰艇需按一定航线进行规避,如何制定规避航线、计算规避区域的安全通过概率,对舰船航渡过程中的安全性至关重要。针对此问题,根据猎雷具声纳探测区域的分布特点,通过计算不同规避航线的规避区域面积,解算出舰船规避单枚水雷目标的安全概率,为建立反水雷雷区穿越模型提供了基础。