滤波技术在高超声速大机动飞行器末制导中的应用
发布时间：2022-02-22 15:26
近几十年来世界局势的发展状况，大体上可概括为“总体和平，局部战争”。作为一种新型作战方式，导弹武器得到了世界各国的普遍关注。以下一代战区弹道导弹（Theatre Ballistic Missile, TBM）为代表的攻击导弹飞行速度快，并具有大机动能力，对现有的拦截制导系统构成了巨大挑战。深入研究如何对这类飞行器进行有效末制导，有利于我军掌握未来战争的战略制高点，并进一步保障国家领土完整和人民生命安全。几乎所有先进末制导律在设计时，都需使用目标运动信息；然而很多情况下该信息不能通过测量元件直接获取，必须从被噪声污染的信号中进行在线估计，这就需要滤波技术的支持。滤波技术一直都是信号处理领域的研究热点之一。对于一般的非线性、非高斯系统，最优滤波问题没有递推显式解。高超声速飞行器末制导问题的弹目相对运动关系数学模型，很多情况下存在本质非线性和非高斯特征，且整个末制导过程具有很高的实时性要求；因而对这类问题，有必要研究估计精度高计算量适中的非线性制导滤波器。论文以下一代高超声速TBM飞行器的末制导为课题背景，研究了存在未知信息的离散系统的建模和滤波问题；并针对此类目标的末制导中，确定性等价定理...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
图表索引
主要符号和专有名词表
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 现代战争中的攻击导弹
1.1.2 反导武器的发展
1.1.3 制导律的产生和发展
1.1.4 滤波技术的产生及应用
1.2 课题的背景和意义
1.3 末制导律和滤波技术的研究状况
1.3.1 末制导律的研究状况
1.3.2 滤波技术的研究状况
1.3.3 当前高超声速飞行器末制导的主要问题及部分解决措施
1.4 论文主要研究内容
第2章 末制导律和非线性滤波器算法研究
2.1 引言
2.2 末制导律
2.2.1 末制导回路
2.2.2 比例制导律
2.2.3 增广比例制导律
2.2.4 最优制导律
2.3 贝叶斯估计
2.3.1 贝叶斯估计的模型假设
2.3.2 贝叶斯估计的最优准则
2.3.3 贝叶斯最优估计和最优滤波
2.3.4 贝叶斯滤波最优解
2.4 高斯滤波
2.4.1 卡尔曼滤波
2.4.2 扩展卡尔曼滤波
2.4.3 无迹卡尔曼滤波
2.5 跳跃马尔可夫系统和多模型滤波
2.5.1 跳跃马尔可夫系统的数学描述
2.5.2 交互多模型滤波算法原理
2.5.3 交互多模型滤波算法实现
2.5.4 静态多模型算法
2.6 本章小结
第3章 改进中央差分算法在高超声速飞行器跟踪问题中的应用
3.1 引言
3.2 中央差分滤波算法
3.2.1 中央差分算法
3.2.2 使用中央差分算法逼近非线性随机函数的均值和方差
3.2.3 中央差分算法的参数
3.2.4 中央差分滤波算法
3.3 中央差分滤波算法的改进
3.3.1 测量更新
3.3.2 迭代更新
3.4 仿真验证
3.4.1 高超声速正弦大指令机动飞行器跟踪问题
3.4.2 闪烁噪声下高超声速非机动飞行器的跟踪问题
3.5 本章小结
第4章 随机噪声干扰下滤波制导系统的设计和评价方法改进
4.1 引言
4.2 新型滤波制导工具箱的设计
4.2.1 传统编程方式设计滤波制导仿真程序的缺陷
4.2.2 新型滤波制导工具箱的模块化实现
4.2.3 非线性滤波器一致性检验的实现
4.2.4 仿真验证
4.3 滤波器的性能评价指标
4.3.1 无偏性
4.3.2 有效性和一致性
4.3.3 高斯滤波器状态估计的统计检验
4.4 滤波器初始估计方法及其改进
4.4.1 初始估计的目的
4.4.2 实际系统中高斯滤波器的初始估计
4.4.3 仿真系统中高斯滤波器的初始估计
4.4.4 高斯次优非线性滤波器的改进型初始估计方法
4.4.5 仿真验证
4.5 滤波器性能改进型评价方法
4.5.1 传统评价方法及其缺陷
4.5.2 最优比较判别法
4.5.3 假设检验判别法及其改进
4.6 本章小结
第5章 滤波制导一体化设计在高超声速大机动飞行器末制导中的应用
5.1 引言
5.2 系统建模
5.2.1 状态模型
5.2.2 传统测量模型
5.2.3 方位角信息测量模型
5.2.4 毁伤模型
5.3 跟踪算法
5.3.1 多模型算法
5.3.2 非线性多模型算法
5.3.3 快速非线性多模型算法
5.4 仿真研究
5.4.1 开环性能比较
5.4.2 闭环仿真研究
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]自适应无迹增量滤波方法[J]. 傅惠民,吴云章,娄泰山. 航空动力学报. 2013(02)
[2]粒子群优化人工免疫粒子滤波器[J]. 杜正聪,冯大海,牛高远. 四川大学学报(工程科学版). 2013(01)
[3]CPF算法在GNSS-INS列车组合定位系统中的应用[J]. 王更生,张俊,郭鹏飞,詹小丽. 传感器与微系统. 2012(11)
[4]自适应平方根中心差分卡尔曼滤波算法在捷联惯性导航系统大方位失准角初始对准中的应用[J]. 郝燕玲,牟宏伟. 吉林大学学报(工学版). 2013(01)
[5]大气层内拦截机动目标的变结构末制导律设计[J]. 司学慧,李小兵,张东洋,张彦. 电光与控制. 2012(06)
[6]一种飞行器最优末制导律研究及仿真[J]. 吕永佳,张德才,李挺杉,牟亚军,王宝贵. 上海航天. 2012(02)
[7]欠观测条件下的扩展增量Kalman滤波方法[J]. 傅惠民,娄泰山,吴云章. 航空动力学报. 2012(04)
[8]量测不确定条件下多传感器自适应粒子滤波算法[J]. 胡振涛,潘泉,金勇,张帆. 控制与决策. 2012(04)
[9]自适应不完全重采样粒子滤波器[J]. 左军毅,张怡哲,梁彦. 自动化学报. 2012(04)
[10]欠观测条件下的增量Kalman滤波方法[J]. 傅惠民,吴云章,娄泰山. 机械强度. 2012(01)
博士论文
[1]高超声速飞行器的建模与控制[D]. 张红梅.天津大学 2012
[2]非线性滤波及其在跟踪制导中的应用[D]. 朱胤.哈尔滨工业大学 2009
[3]空地制导武器多约束条件下的制导律设计[D]. 孙未蒙.国防科学技术大学 2008
[4]气动力/直接力复合控制拦截弹制导与控制方法研究[D]. 尹永鑫.哈尔滨工业大学 2008
[5]拦截战术弹道导弹末段导引和复合控制研究[D]. 程凤舟.西北工业大学 2002
[6]水下目标被动跟踪及自适应导引律研究[D]. 高磊.西北工业大学 2002
本文编号：3639724
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
图表索引
主要符号和专有名词表
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 现代战争中的攻击导弹
1.1.2 反导武器的发展
1.1.3 制导律的产生和发展
1.1.4 滤波技术的产生及应用
1.2 课题的背景和意义
1.3 末制导律和滤波技术的研究状况
1.3.1 末制导律的研究状况
1.3.2 滤波技术的研究状况
1.3.3 当前高超声速飞行器末制导的主要问题及部分解决措施
1.4 论文主要研究内容
第2章 末制导律和非线性滤波器算法研究
2.1 引言
2.2 末制导律
2.2.1 末制导回路
2.2.2 比例制导律
2.2.3 增广比例制导律
2.2.4 最优制导律
2.3 贝叶斯估计
2.3.1 贝叶斯估计的模型假设
2.3.2 贝叶斯估计的最优准则
2.3.3 贝叶斯最优估计和最优滤波
2.3.4 贝叶斯滤波最优解
2.4 高斯滤波
2.4.1 卡尔曼滤波
2.4.2 扩展卡尔曼滤波
2.4.3 无迹卡尔曼滤波
2.5 跳跃马尔可夫系统和多模型滤波
2.5.1 跳跃马尔可夫系统的数学描述
2.5.2 交互多模型滤波算法原理
2.5.3 交互多模型滤波算法实现
2.5.4 静态多模型算法
2.6 本章小结
第3章 改进中央差分算法在高超声速飞行器跟踪问题中的应用
3.1 引言
3.2 中央差分滤波算法
3.2.1 中央差分算法
3.2.2 使用中央差分算法逼近非线性随机函数的均值和方差
3.2.3 中央差分算法的参数
3.2.4 中央差分滤波算法
3.3 中央差分滤波算法的改进
3.3.1 测量更新
3.3.2 迭代更新
3.4 仿真验证
3.4.1 高超声速正弦大指令机动飞行器跟踪问题
3.4.2 闪烁噪声下高超声速非机动飞行器的跟踪问题
3.5 本章小结
第4章 随机噪声干扰下滤波制导系统的设计和评价方法改进
4.1 引言
4.2 新型滤波制导工具箱的设计
4.2.1 传统编程方式设计滤波制导仿真程序的缺陷
4.2.2 新型滤波制导工具箱的模块化实现
4.2.3 非线性滤波器一致性检验的实现
4.2.4 仿真验证
4.3 滤波器的性能评价指标
4.3.1 无偏性
4.3.2 有效性和一致性
4.3.3 高斯滤波器状态估计的统计检验
4.4 滤波器初始估计方法及其改进
4.4.1 初始估计的目的
4.4.2 实际系统中高斯滤波器的初始估计
4.4.3 仿真系统中高斯滤波器的初始估计
4.4.4 高斯次优非线性滤波器的改进型初始估计方法
4.4.5 仿真验证
4.5 滤波器性能改进型评价方法
4.5.1 传统评价方法及其缺陷
4.5.2 最优比较判别法
4.5.3 假设检验判别法及其改进
4.6 本章小结
第5章 滤波制导一体化设计在高超声速大机动飞行器末制导中的应用
5.1 引言
5.2 系统建模
5.2.1 状态模型
5.2.2 传统测量模型
5.2.3 方位角信息测量模型
5.2.4 毁伤模型
5.3 跟踪算法
5.3.1 多模型算法
5.3.2 非线性多模型算法
5.3.3 快速非线性多模型算法
5.4 仿真研究
5.4.1 开环性能比较
5.4.2 闭环仿真研究
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]自适应无迹增量滤波方法[J]. 傅惠民,吴云章,娄泰山. 航空动力学报. 2013(02)
[2]粒子群优化人工免疫粒子滤波器[J]. 杜正聪,冯大海,牛高远. 四川大学学报(工程科学版). 2013(01)
[3]CPF算法在GNSS-INS列车组合定位系统中的应用[J]. 王更生,张俊,郭鹏飞,詹小丽. 传感器与微系统. 2012(11)
[4]自适应平方根中心差分卡尔曼滤波算法在捷联惯性导航系统大方位失准角初始对准中的应用[J]. 郝燕玲,牟宏伟. 吉林大学学报(工学版). 2013(01)
[5]大气层内拦截机动目标的变结构末制导律设计[J]. 司学慧,李小兵,张东洋,张彦. 电光与控制. 2012(06)
[6]一种飞行器最优末制导律研究及仿真[J]. 吕永佳,张德才,李挺杉,牟亚军,王宝贵. 上海航天. 2012(02)
[7]欠观测条件下的扩展增量Kalman滤波方法[J]. 傅惠民,娄泰山,吴云章. 航空动力学报. 2012(04)
[8]量测不确定条件下多传感器自适应粒子滤波算法[J]. 胡振涛,潘泉,金勇,张帆. 控制与决策. 2012(04)
[9]自适应不完全重采样粒子滤波器[J]. 左军毅,张怡哲,梁彦. 自动化学报. 2012(04)
[10]欠观测条件下的增量Kalman滤波方法[J]. 傅惠民,吴云章,娄泰山. 机械强度. 2012(01)
博士论文
[1]高超声速飞行器的建模与控制[D]. 张红梅.天津大学 2012
[2]非线性滤波及其在跟踪制导中的应用[D]. 朱胤.哈尔滨工业大学 2009
[3]空地制导武器多约束条件下的制导律设计[D]. 孙未蒙.国防科学技术大学 2008
[4]气动力/直接力复合控制拦截弹制导与控制方法研究[D]. 尹永鑫.哈尔滨工业大学 2008
[5]拦截战术弹道导弹末段导引和复合控制研究[D]. 程凤舟.西北工业大学 2002
[6]水下目标被动跟踪及自适应导引律研究[D]. 高磊.西北工业大学 2002
本文编号：3639724
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