拟线性最优平滑滤波在指令控制一维弹道修正弹上的应用研究

论文摘要

为了适应我军对武器装备精确打击的要求,改善常规火炮弹药对目标打击的覆盖密集度,弹道修正技术应运而生,而一维弹道修正技术作为弹道修正技术的初始阶段,有实现简单,价格低廉等优点,可用来改造我军大量库存的常规“笨”弹药。而使用指令控制,采用阻力环进行修正的增阻型一维弹道修正技术是一种较为适应我国当前国情的一维弹道修正技术,这种技术使用雷达探测弹丸飞行参数,由地面火控计算机对其进行滤波、外推处理,并与目标相比较最终形成控制指令,发送给弹丸,弹丸在适当的时刻打开阻力环进行修正。本文主要研究分析了这种一维弹道修正技术的关键技术之一,即指令的形成过程。本文在地面坐标系中建立滤波外推弹道数学模型,选用一种更适合非线性系统滤波的改进型卡尔曼滤波方法,即拟线性最优平滑滤波方法（Q.L.O.S.F）,进行弹道滤波,采用龙格-库塔法进行弹道外推,并最终形成修正控制指令。本文还通过大量的弹道数据仿真来验证了建立的弹道模型和选用滤波方法的合理性和可靠性、并确定了弹道滤波参数,并最终验证了使用这种一维弹道修正技术可较大程度的改善弹丸对目标的纵向覆盖密集度,从而验证了这种技术的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外发展研究现状
• 1.3 本课题的研究背景
• 1.4 本文主要内容
• 2 一维弹道修正弹的修正原理与刚体弹道模型
• 2.1 一维弹道修正弹系统的基本修正原理及关键技术
• 2.1.1 一维弹道修正弹系统的基本修正原理
• 2.1.2 一维弹道修正弹系统关键技术
• 2.2 一维弹道修正弹系统中的坐标系及相互关系
• 1XYZ'>2.2.1 地面坐标系O₁XYZ
• NY_NZ_N'>2.2.2 基准坐标系OX_NY_NZ_N
• 2X₂Z₂'>2.2.3 弹道坐标系OX₂X₂Z₂
• 2.2.4 弹轴坐标系Oζηζ
• 1Y₁Z₁'>2.2.5 弹体坐标系OX₁Y₁Z₁
• 2.2.6 雷达坐标系
• 2.3 弹丸飞行的中的作用力及力矩
• 2.3.1 作用力
• 2.3.2 力矩
• 2.4 弹丸的刚体弹道数学模型
• 2.4.1 弹丸的质心运动方程
• 2.4.2 弹丸的绕心运动方程
• 2.4.3 弹丸的刚体运动方程
• 2.5 本章小结
• 3 弹道滤波方法
• 3.1 卡尔曼滤波方法
• 3.1.1 卡尔曼滤波理论
• 3.1.2 离散型卡尔曼滤波
• 3.1.3 卡尔曼滤波算法的特点
• 3.1.4 卡尔曼滤波发散的抑制
• 3.2 系统数学模型及其离散化
• 3.2.1 系统数学模型
• 3.2.2 系统数学模型的离散化
• 3.3 离散型非线性广义卡尔曼滤波方法
• 3.4 拟线性最优平滑滤波方法
• 3.4.1 拟线性最优平滑滤波方法基本原理
• 3.4.2 拟线性最优平滑滤波方法递推方程
• 3.5 本章小结
• 4 一维弹道修正弹系统中弹道滤波与修正指令的形成
• 4.1 弹丸飞行的弹道数学模型
• 4.2 弹丸飞行的弹道数学模型的离散化
• 4.3 量测方程
• 4.4 滤波方程使用要点的计算
• 4.4.1 滤波状态初值的计算
• 4.4.2 系统状态向量估计均方误差矩阵初始值的计算
• 4.4.3 噪声序列方差阵的计算
• 4.4.4 一步转移矩阵的计算
• 4.5 弹道外推
• 4.6 射程扩展量的计算
• 4.7 修正指令的形成
• 4.8 本章小结
• 5 实验仿真与分析
• 5.1 雷达跟踪弹丸参数的模拟仿真
• 5.2 拟线性最优平滑滤波算法仿真与分析
• 5.2.1 拟线性最优平滑滤波算法的仿真过程
• 5.2.2 仿真结果与分析
• 5.3 不同滤波参数对外推结果的影响
• 5.3.1 滤波采样点数对外推结果的影响
• 5.3.2 采样时间间隔对滤波外推结果的影响
• 5.4 偏流对外推结果的影响
• 5.5 修正控制指令及弹丸散布仿真
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D