反導(dǎo)攔截彈技術(shù)研究

論文編號(hào):ZD1493  論文字?jǐn)?shù):27487，附外文翻譯，答辯PPT

一、題目
 《反導(dǎo)攔截彈技術(shù)研究》
二、指導(dǎo)思想和目的要求
 （1）利用已有的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。
 （2）鍛煉學(xué)生的科研工作能力和培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作及攻關(guān)能力。
三、主要技術(shù)指標(biāo)
 （1）研究彈道導(dǎo)彈攔截彈，建立攔截彈運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。
 （2）研究變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律，進(jìn)行攔截彈末制導(dǎo)律設(shè)計(jì)。
 （3）進(jìn)行制導(dǎo)信息濾波方法研究。
 （4）通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
四、進(jìn)度和要求
 第01周----第02周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；
 第03周----第05周：導(dǎo)彈制導(dǎo)率和濾波方法相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)；
 第06周----第07周：熟悉Matlab等相關(guān)軟件；
 第08周----第13周：研究滑模變結(jié)構(gòu)控制理論；
 第14周----第16周：研究自適應(yīng)卡爾曼濾波算法；
 第17周----第18周：撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，論文答辯。
五、主要參考書(shū)及參考資料
 郭建國(guó)，現(xiàn)代魯棒控制理論，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009..
 張華偉,董茜,王文燦,徐輝.基于預(yù)測(cè)命中點(diǎn)的反彈道導(dǎo)彈攔截方法研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào).2007,27:196~199..
 付夢(mèng)印,鄧志紅,閆麗萍.2010.Kalman濾波理論及其在導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社.
 秦永元,張洪鉞,汪叔華,等.1988.卡爾曼濾波與組合導(dǎo)航原理.西安：西北工業(yè)大學(xué).
 張常云.1998.自適應(yīng)濾波方法研究.航空學(xué)報(bào),19(7)：96~99.
 高為炳著．變結(jié)構(gòu)控制理論基礎(chǔ)[M]．中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1990.3.
 李忠應(yīng)，李秋月.地空導(dǎo)彈最優(yōu)制導(dǎo)律研究[[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào).

反導(dǎo)攔截彈技術(shù)研究
摘 要
 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，空中威脅日益增強(qiáng)，戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈(Tactical Ballistic Missile,TBM)以其射程遠(yuǎn)、速度快和機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上重要武器之一。世界軍事強(qiáng)國(guó)以及我國(guó)周邊一些國(guó)家，都紛紛加快了TBM技術(shù)的發(fā)展，這給我國(guó)周邊的國(guó)土安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，必須加快我國(guó)防空武器的技術(shù)發(fā)展，提高我國(guó)防空武器的空間防御能力。本文以TBM攔截為背景，針對(duì)攔截彈末制導(dǎo)問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
建立了攔截彈數(shù)學(xué)模型。定義了研究攔截彈建模中常用的坐標(biāo)系，并給出了相應(yīng)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系；在此基礎(chǔ)上給出了攔截彈數(shù)學(xué)模型，包括攔截彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型、自動(dòng)駕駛儀的等效模型以及目標(biāo)不同機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模型；最后推導(dǎo)了攔截彈與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型，為制導(dǎo)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)；
研究了攔截彈的末制導(dǎo)方法。分析了經(jīng)典比例導(dǎo)引律的過(guò)載特性和彈道特性，并給出了有利于進(jìn)行全向攻擊的廣義比例導(dǎo)引律；基于攔截彈與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，采用變結(jié)構(gòu)控制理論和最優(yōu)理論推導(dǎo)了適合攔截高速、大機(jī)動(dòng)目標(biāo)的滑模變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律，并證明了該制導(dǎo)律對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)和外界干擾的魯棒性；最后針對(duì)不同的目標(biāo)機(jī)動(dòng)彈道，采用滑模變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律和比例導(dǎo)引律進(jìn)行了彈道仿真，對(duì)比分析了二者的性能，驗(yàn)證了滑模變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律的優(yōu)越性。
研究了被動(dòng)跟蹤條件下的制導(dǎo)信息濾波方法�；�于自適應(yīng)濾波和強(qiáng)跟蹤濾波方法，研究了在攔截末段只有角度測(cè)量信息情況下的被動(dòng)跟蹤問(wèn)題，推導(dǎo)了適合攔截末段的自適應(yīng)卡爾曼濾波方法，并仿真分析了其有效性。

關(guān)鍵詞   TBM，攔截彈，模型變結(jié)構(gòu)控制，自適應(yīng)濾波
Abstract

 In modern warfare, with growing aerial threat, tactical ballistic missiles (Tactical Ballistic Missile, TBM) have become an important weapon in one of the modern battlefield because of its long range, speed and maneuvering ability, etc. World military power as well as some of our neighboring countries, all have accelerated the TBM technology development, which to our homeland security surrounding a serious threat. Therefore, we must accelerate the technological development of our anti-aircraft weapons, anti-aircraft weapons in space to improve our defense capabilities. In this paper, TBM intercept as the background for the interceptor missile homing problem studied, the main contents include the following aspects:
 (1) Establish a mathematical model of interceptor missile. Defines commonly used in modeling studies interceptor missile coordinate system, and the corresponding coordinates relations between the coordinate transformation; based on this mathematical model is given interceptors, including the interceptors centroid kinematics model and dynamic model , autopilot equivalent model and target different motorized sports model; finally deduced interceptor missile and target relative motion model for the analysis and design of the guidance system laid the foundation;
 (2) Study the interceptor missile terminal guidance. Analysis of the classical proportional navigation overload characteristics and ballistic characteristics, and gives conducive to omnidirectional attack Generalized Proportional Navigation; based interceptor missile and target relative kinematics model, using variable structure control theory and optimal theoretical derivation of suitable blocking high-speed, large maneuvering target SMVSC guidance law, and proved that the guidance law system parameter perturbation and external interference robustness; final trajectory for different target maneuver using sliding mode variable structure proportional navigation guidance law and carried out trajectory simulation, comparative analysis of the performance of both validated sliding Mode Variable Structure Guidance Law superiority.
 (3) Under the conditions of passive tracking, study guidance information filtering method. Based on adaptive filtering and strong tracking filter method to study the interception late in the angle measurement information only in case of passive tracking problem, derive suitable interception late adaptive Kalman filtering method and simulation analysis of its effectiveness.
 
 Keywords：TBM, interceptor, the model variable structure control, adaptive filtering

反導(dǎo)攔截彈技術(shù)研究

目 錄
 
摘 要 I
Abstract II
目 錄 I
第1章 緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 反導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.2 導(dǎo)引規(guī)律及濾波技術(shù)研究現(xiàn)狀 5
1.3 本文主要的研究工作 7
第2章 攔截彈數(shù)學(xué)模型 9
2.1 引言 9
2.2 坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換 9
2.2.1 坐標(biāo)系定義 9
2.2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系 10
2.3 攔截彈數(shù)學(xué)模型建立 11
2.3.1 作用在攔截彈上的力 11
2.3.2 攔截彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程 13
2.3.3 攔截彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 14
2.3.4 輔助計(jì)算方程 14
2.4 自動(dòng)駕駛儀等效模型（交代模型具體數(shù)值） 15
2.5 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)及閃爍特性數(shù)學(xué)模型建立 15
2.5.1 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性數(shù)學(xué)模型 15
2.5.2 目標(biāo)閃爍特性數(shù)學(xué)模型 20
2.6 攔截彈與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型 20
2.7 本章小結(jié) 22
第3章 攔截彈末段制導(dǎo)方法研究 23
3.1 引言 23
3.2 比例導(dǎo)引律 23
3.2.1 需用過(guò)載特性分析 24
3.2.2 彈道特性 26
3.3 基于滑模變結(jié)構(gòu)的末端攔截導(dǎo)引律設(shè)計(jì) 27
3.3.1 變結(jié)構(gòu)控制理論 27
3.3.2 滑模變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律設(shè)計(jì) 32
3.3.3 滑模變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律的魯棒性 35
3.4 仿真分析 36
3.4.1 仿真初始條件 36
3.4.2 仿真結(jié)果及分析 37
3.5 本章小結(jié) 42
第4章 制導(dǎo)信息濾波方法研究 44
4.1 引言 44
4.2 濾波方法概述 44
4.2.1 卡爾曼濾波 44
4.2.2 Unscented卡爾曼濾波 45
4.2.3 粒子濾波 46
4.3 自適應(yīng)卡爾曼濾波 46
4.3.1 Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波算法 47
4.3.2 濾波模型 49
4.3.3 仿真分析 51
4.4 本章小結(jié) 54
參考文獻(xiàn) 55
致謝 57
畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 57