反导拦截弹技术研究

论文编号:ZD1493  论文字数:27487，附外文翻译，答辩PPT

一、题目
 《反导拦截弹技术研究》
二、指导思想和目的要求
 （1）利用已有的专业知识，培养学生的解决实际工程问题的能力。
 （2）锻炼学生的科研工作能力和培养学生团队合作及攻关能力。
三、主要技术指标
 （1）研究弹道导弹拦截弹，建立拦截弹运动数学模型。
 （2）研究变结构制导律，进行拦截弹末制导律设计。
 （3）进行制导信息滤波方法研究。
 （4）通过MATLAB进行仿真验证。
四、进度和要求
 第01周----第02周：撰写开题报告；
 第03周----第05周：导弹制导率和滤波方法相关基础知识学习；
 第06周----第07周：熟悉Matlab等相关软件；
 第08周----第13周：研究滑模变结构控制理论；
 第14周----第16周：研究自适应卡尔曼滤波算法；
 第17周----第18周：撰写毕业设计论文，论文答辩。
五、主要参考书及参考资料
 郭建国，现代鲁棒控制理论，西北工业大学出版社，2009..
 张华伟,董茜,王文灿,徐辉.基于预测命中点的反弹道导弹拦截方法研究[J].弹箭与制导学报.2007,27:196~199..
 付梦印,邓志红,闫丽萍.2010.Kalman滤波理论及其在导航系统中的应用.北京：科学出版社.
 秦永元,张洪钺,汪叔华,等.1988.卡尔曼滤波与组合导航原理.西安：西北工业大学.
 张常云.1998.自适应滤波方法研究.航空学报,19(7)：96~99.
 高为炳著．变结构控制理论基础[M]．中国科学技术出版社，1990.3.
 李忠应，李秋月.地空导弹最优制导律研究[[J].北京航空航天大学学报.

反导拦截弹技术研究
摘 要
 在现代战争中，空中威胁日益增强，战术弹道导弹(Tactical Ballistic Missile,TBM)以其射程远、速度快和机动能力强等优点，已成为现代战场上重要武器之一。世界军事强国以及我国周边一些国家，都纷纷加快了TBM技术的发展，这给我国周边的国土安全构成了严重威胁。因此，必须加快我国防空武器的技术发展，提高我国防空武器的空间防御能力。本文以TBM拦截为背景，针对拦截弹末制导问题进行了研究，主要内容包括以下几个方面：
建立了拦截弹数学模型。定义了研究拦截弹建模中常用的坐标系，并给出了相应坐标系之间的坐标转换关系；在此基础上给出了拦截弹数学模型，包括拦截弹质心运动学模型和动力学模型、自动驾驶仪的等效模型以及目标不同机动运动模型；最后推导了拦截弹与目标的相对运动模型，为制导系统分析设计奠定了基础；
研究了拦截弹的末制导方法。分析了经典比例导引律的过载特性和弹道特性，并给出了有利于进行全向攻击的广义比例导引律；基于拦截弹与目标的相对运动学模型，采用变结构控制理论和最优理论推导了适合拦截高速、大机动目标的滑模变结构制导律，并证明了该制导律对系统参数摄动和外界干扰的鲁棒性；最后针对不同的目标机动弹道，采用滑模变结构制导律和比例导引律进行了弹道仿真，对比分析了二者的性能，验证了滑模变结构制导律的优越性。
研究了被动跟踪条件下的制导信息滤波方法。基于自适应滤波和强跟踪滤波方法，研究了在拦截末段只有角度测量信息情况下的被动跟踪问题，推导了适合拦截末段的自适应卡尔曼滤波方法，并仿真分析了其有效性。

关键词   TBM，拦截弹，模型变结构控制，自适应滤波
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

反导拦截弹技术研究

目 录
 
摘 要 I
Abstract II
目 录 I
第1章 绪 论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 反导系统发展状况 2
1.2.2 导引规律及滤波技术研究现状 5
1.3 本文主要的研究工作 7
第2章 拦截弹数学模型 9
2.1 引言 9
2.2 坐标系及其转换 9
2.2.1 坐标系定义 9
2.2.2 坐标转换关系 10
2.3 拦截弹数学模型建立 11
2.3.1 作用在拦截弹上的力 11
2.3.2 拦截弹质心运动的动力学方程 13
2.3.3 拦截弹质心运动的运动学方程 14
2.3.4 辅助计算方程 14
2.4 自动驾驶仪等效模型（交代模型具体数值） 15
2.5 目标运动及闪烁特性数学模型建立 15
2.5.1 目标运动特性数学模型 15
2.5.2 目标闪烁特性数学模型 20
2.6 拦截弹与目标相对运动模型 20
2.7 本章小结 22
第3章 拦截弹末段制导方法研究 23
3.1 引言 23
3.2 比例导引律 23
3.2.1 需用过载特性分析 24
3.2.2 弹道特性 26
3.3 基于滑模变结构的末端拦截导引律设计 27
3.3.1 变结构控制理论 27
3.3.2 滑模变结构制导律设计 32
3.3.3 滑模变结构制导律的鲁棒性 35
3.4 仿真分析 36
3.4.1 仿真初始条件 36
3.4.2 仿真结果及分析 37
3.5 本章小结 42
第4章 制导信息滤波方法研究 44
4.1 引言 44
4.2 滤波方法概述 44
4.2.1 卡尔曼滤波 44
4.2.2 Unscented卡尔曼滤波 45
4.2.3 粒子滤波 46
4.3 自适应卡尔曼滤波 46
4.3.1 Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法 47
4.3.2 滤波模型 49
4.3.3 仿真分析 51
4.4 本章小结 54
参考文献 55
致谢 57
毕业设计小结 57