动能拦截器的动力学建模与轨道控制

文章简单介绍了反TBM动能拦截器的组成、性能特声、与飞行拦截过程,并以高层拦截TBM为背景,建立了稀薄大气层内拦截器的动力学模型,提出了实现直接碰撞动能杀伤目标的轨道控制方法,最后给出了末制导段的弹道数字仿真结果,并分析了拦截器的弹道特性。     

弹道导弹预警仿真系统中弹道构造方法

建立符合作战想定要求的弹道导弹飞行轨迹模型,并按仿真时间步长推算弹道导弹的位置状态,是构建弹道导弹预警探测仿真系统的首要任务。首先在不考虑地球自转的情况下,按照指定的发射点和落点,依据最小能量弹道理论建立了弹道导弹关机点参数计算模型和被动段运动学模型。在此基础上,采用迭代的方法计算考虑地球自转时的弹道导弹关机点参数,并在地心惯性直角坐标系下构造了弹道导弹的被动段弹道。最后将利用法构造的弹道参数与STK中对应参数进行了对比分析,结果证明了所提出方法的正确性。     

返回器飞行管道的快速预测算法

针对返回器回收任务中对安全空域和期望落点的计算需求,提出了基于Koopman算子的飞行管道快速预测算法,给出了搜救直升机安全飞行空域的判定流程。建立了物伞动力学模型,利用Halton采样方法从随机空间中均匀采点,计算得到多条可能弹道;采用Koopman算子的后拉机制,将初始概率密度值与当前状态关联,得到不确定条件下返回器及其分离部件的飞行管道和期望弹道。仿真结果表明,基于Koopman算子的飞行管道快速预测算法在收敛速度和精度上都要显著优于Monte Carlo方法;利用飞行管道计算结果对搜救直升机飞行路线进行规划后,碰撞风险最大降低54%且搜索时间减少70%。飞行管道预测算法已成功应用到嫦娥五号的回收任务中。     

反TBM作战仿真中TBM弹道的生成

根据椭圆弹道理论,用迭代法构造了TBM最小能量弹道,对椭圆弹道的再入段进行了修正,并给出了在仿真中产生TBM轨迹参数的方法.     

基于支持向量机的雷达弹道外推方法仿真研究

支持向量机是一种求解回归预测问题的优秀决策方法,具有坚实的理论基础和优秀的预测性能。为解决目前雷达弹道外推中存在的精度不高和不能有效识别弹道等问题,对基于支持向量机的雷达弹道外推方法进行了仿真设计,并通过仿真弹道模拟雷达采样,进行了仿真实验。仿真实验结果表明:基于支持向量机的雷达弹道外推方法实用可行,可以获得较高的外推精度,并且能够有效地进行弹道识别。     

滑翔飞行器多目标弹道优化的进化-配点混合求解策略

针对高超声速滑翔飞行器弹道多目标优化问题,综合考虑计算效率和精度,结合分解进化算法与配点法提出一种混合求解策略。根据滑翔飞行器动力学模型和弹道设计中需要考虑的约束条件,建立飞行器多目标弹道优化模型。利用控制量离散化方法将多目标弹道优化问题转化为带约束的多目标参数优化问题,并采用罚函数法处理约束条件,随后利用分解多目标进化算法进行求解。为了提高弹道优化的精度,将椭球聚合法与配点法相结合,以多目标进化算法得到的Pareto解作为初始解进行迭代求解。通过典型的复杂约束多目标弹道优化的算例表明,所提出的混合求解策略能够获得满足复杂约束要求的Pareto最优解集,实现有效的多目标弹道优化。     

再入点参数偏差对过载定延时引信误差研究

为分析导弹再入点速度偏差和弹道倾角偏差对过载定延时引信爆高精度的影响,针对再入段的飞行特性,通过再入段弹道模型,分别分析实际弹道再入点速度、弹道倾角与标准弹道的偏差对过载定延时引信爆高精度的影响,仿真结果表明:弹道倾角偏差对过载定延时引信爆高精度影响较大,在实际飞行过程中传送再入点速度和弹道倾角时可有效减小过载定延时引信爆高误差。     

机动发射条件下助推滑翔导弹射击诸元快速解算

针对机动发射条件下助推滑翔导弹对全程弹道快速生成的迫切需求,在弹道设计中选取7个关键性控制量参数作为全程弹道射击诸元,并提出与之相对应的诸元解算算法。将全程弹道分为助推段、初始下降段、滑翔段和俯冲攻击段,在统一化运动模型描述的基础上,运用参数化迭代的思路,依次对不同飞行阶段诸元进行了快速求解,满足多种复杂约束条件。在全程诸元迭代解算模式的基础上,提出助推段沿用中心弹道诸元,仅对其他射击诸元进行重计算的部分诸元迭代解算模式。仿真结果表明:采用所提助推滑翔导弹射击诸元快速解算方法,可在大范围机动条件下对远距离地面固定目标进行快速精确打击。     

再入快速抵达轨迹优化设计方法

针对再入初始速度大、飞行时间约束苛刻的轨迹设计问题,提出一种基于遗传算法和攻角+倾侧角联合优化的再入快速抵达轨迹优化设计方法。该方法在再入初段利用较大攻角迅速减小弹道倾角和拉平弹道,在再入后段/滑翔段联合设计和优化攻角+倾侧角变化规律以显著降低终端飞行速度,同时满足终端高度、终端航向角、最大动压、最大热流等约束条件。该方法能够提升传统升力体飞行器再入快速到达能力并拓展其应用范围。仿真结果表明,在典型飞行器参数和较大初始再入速度条件下,全程飞行时间小于12 min,终端速度能够小于7Ma,横向机动距离超过800 km。     

基于弹道预测的脉冲修正弹末段控制方法

针对脉冲修正弹箭的控制方法问题,探讨了一种基于快速弹道预测的弹道末段控制方法.在一定假设下,对三自由度质点弹道方程组进行解析求解,得到一组精度较好的弹道诸元解析模型;基于该解析模型,提出一种通过估算剩余飞行时间进行快速弹道预测的方法;在此基础上,提出了适配的脉冲控制参数(脉冲作用方位、脉冲作用个数)的确定方法.以某脉冲修正弹为研究对象,采用Monte Carlo打靶法,在一组相同扰动源条件下分别对无控和有控弹道进行了数值仿真.仿真结果表明:该控制方法可有效提高脉冲修正弹的落点精度,有控落点圆概率误差比无控落点圆概率误差减小80％以上.     

反解法在再入机动弹道设计中的应用研究

简要分析了一般的再入机动弹道设计方法,即正解法.针对正解法对模型依赖性强和对初值非常敏感的问题,提出了一种基于误差补偿的机动弹道设计方法——反解法.该方法从弹道终端出发反解弹道,将计算结果误差转化为机动点参数误差,再通过关机点或中制导的调整进行误差补偿,从而有利于命中精度和打击效果的实现.仿真结果表明,该方法计算简便,对工程应用有一定的参考价值.     

载人航天器低空救生仿真

在载人航天器低空救生中,回收系统开伞点的初始状态参数如速度、离地面高度、弹道倾角对返回舱能否安全着陆有很大影响.与正常返回类似,低空救生中的回收系统同样经过多级伞的拉直、充气、全充满等运动过程.通过建立回收系统着陆过程的动力学模型,经过大量仿真对比分析,得到开伞点离地面高度为低空救生中返回舱安全着陆的首要因素,同时对低空救生中回收系统多级伞开伞减速过程有了详细的分析.     

基于IAFSA的四自由度翼伞分段归航设计

为实现翼伞系统的精确空投,需要对其归航轨迹作合理规划。根据翼伞系统自身的运动特性及操纵特性,采用分段归航策略。在四自由度翼伞模型下,利用各轨迹段的几何关系,建立表征轨迹优劣程度的目标函数。基于改进的人工鱼群算法,对目标函数进行参数寻优,进而得到轨迹的设计参数。仿真结果表明,所提出的改进方法能加快算法的收敛速度,所规划的轨迹满足了精确落点和逆风着陆的要求。     

弹道导弹落点预报的雷达系统仿真

根据弹道理论建立了雷达探测弹道导弹的仿真模型 ,并对仿真的雷达探测跟踪弹道数据给出了处理方法 ,预报了导弹落点范围 ,并与理论落点进行了比较 ,给出落点精度。仿真结果表明 :雷达对导弹的探测数据经过一定数据处理 ,可得到预定的落点精度 ,说明该种仿真方法是可行的     

电磁炮外弹道仿真分析

电磁炮初速高、射程远,其外弹道与常规火炮不同。为获得电磁炮的外弹道数据,开展了仿真研究。采用龙格-库塔法解算弹道方程组,计算不同仿真条件下炮口动能32MJ和64MJ电磁炮的外弹道数据,分析最大射程角和最大射高,研究弹形系数、弹丸初速和主要误差对电磁炮外弹道特性的影响。结果表明,电磁炮弹丸初速提高,弹道系数减小,射程增加。仿真结果可为电磁炮的指标选择提供技术参考。     

地地弹道导弹落点计算简化数学模型

在分析地地弹道导弹射击弹道的基础上 ,建立了其落点计算的简化数学模型。针对某型号导弹飞行弹道仿真数据进行落点计算 ,结果与仿真结果一致 ,达到精度要求。     

高超声速滑翔再入飞行器的可达区快速预测

防御方对来袭滑翔再入飞行器进行可达区的预测存在先验信息量不足且时效性要求高等难题。为此提出一种基于最优化飞行假设的可达区快速预测方法:仅需已知目标当前位置、速度与最大升阻比(可基于雷达探测数据通过实时弹道估计获得),基于平衡滑翔假设和最大横程的埃格斯解分别获得目标最大纵程和横程终点坐标,在经纬度二维平面内,可达区即可近似为以两个最大横程终点间线段为短轴、最大纵程终点到短轴距离为半长轴的半椭圆区域。仿真结果表明,与传统的数值优化方法和常倾侧角方法相比,提出的方法具有利用先验信息少、精度较高和运算量小的优点,可满足实时性要求。     

IMM-EKF的弹道导弹轨道实时动态预测

快速准确的导弹轨道预测是有效进行导弹防御的前提。提出一种基于IMM-EKF的弹道导弹轨道实时动态预测方法,对导弹发射点和落点分别进行动态预测研究。首先,构建不包含导弹先验信息的IMM-EKF弹道估计器;其次,定义一种模型概率累积因子,用于估计导弹的关机时刻及相应的运动状态;最后,基于导弹运动状态的实时估计,动态预测落点和发射点。仿真实验结果表明:该方法能实时动态预测导弹发射点和落点;发射点预测应利用主动段状态估计,而落点预测则在导弹自由段早期进行为宜。     

电磁发射弹丸飞行弹道仿真

针对电磁发射弹丸飞行弹道进行仿真研究，在建立刚体六自由度飞行弹道模型的基础上，采用时频分析和涡流分析方法，建立电磁-动力学耦合模型分析弹丸出膛时由于膛内振动带来的炮口扰动，采用动网格技术建立电磁-气动耦合模型分析弹托分离产生的气动扰动，从而得到了电磁发射弹丸的飞行弹道模型。以得克萨斯大学先进技术研究所设计的IAT-HVP为例，仿真分析了弹丸以1117 m/s初速、0°射角出膛时弹丸出口扰动对弹体速度和气动特性的影响，并得到其飞行200 m的弹道曲线。仿真结果表明，受电磁发射一体化弹丸出口扰动的影响，弹体落点相比理想弹道产生了24%的偏差，其中炮口扰动引起的偏差最大，其次是弹托分离。