反直升机智能雷角跟踪研究及转向系统设计

论文题目: 反直升机智能雷角跟踪研究及转向系统设计

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 王勇

导师: 黄文良,王晓鸣

关键词: 仅有角测量,角跟踪,毁伤能力,系统仿真,转向系统

文献来源: 南京理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 武装直升机以其高机动性、全天候作战能力和有效的攻击火力，已经成为陆军的主要突击力量，这就需要研究能有效对付直升机的武器系统，反直升机智能雷(Anti-Helicopter Mine，简称AHM)正是在这种需求背景下提出来的武器系统，以弥补现有防空武器系统的不足。 目前，反直升机智能雷常用的探测手段是复合式探测方法，其中被动声探测技术是主要探测手段。国内在距离探测方面精度还不高，难以对目标的位置、速度等信息进行准确的估计，而角度探测方面是比较精确的。随着地面直接引爆的高速战斗部的不断发展，使得在不增加其它探测手段，采用单一被动声探测体制的基于角跟踪方法(由角度信息来估算出未来时刻目标方位的方法)的反直升机智能雷低成本化成为可能。这种基于角跟踪的反直升机智能雷(Based on Angle Tracking-Anti-Helicopter Mine，简称BAT-AHM)可以实现对目标有效攻击，为反直升机智能雷的研究开辟新的方向。 研究中面临的主要问题是对直升机的被动角跟踪问题、BAT-AHM毁伤能力评估问题及BAT-AHM转向系统实现问题。围绕这些问题，本文针对武装直升机飞行特征，提出目标非机动与机动时角跟踪算法，研究了该算法与地面直接引爆的高速战斗部相结合的BAT-AHM系统毁伤问题，通过仿真实验验证了算法的可行性。最后，初步设计了BAT_AHM转向系统，为AHM的工程化提出了可行性建议。 针对武装直升机在现代战场的作战使用情况，设计了相应的飞行轨迹，分别为巡航飞行轨迹、机动飞行轨迹(包括平飞加速机动、跨越障碍机动、蛇行机动飞行)，为分析反直升机智能雷被动声探测以及距离和方向的测定提供了依据，为评估角跟踪算法的性能提供仿真数据。 对目标非机动情况，提出智能雷最佳指向估计算法，实现目标飞行方向与智能雷最佳指向的估计。由Monte Carlo仿真算例可知，目标非机动飞行时，算法估计的智能雷最佳指向的方位角误差大多分布在区间[-1.5°，1.5°]内，高低角误差大多分布在区间[-2°，2°]内。 对目标机动情况，提出伪线性卡尔曼、推广卡尔曼、球坐标自适应角跟踪算法，实现目标方位信息的实时跟踪与预估，得到了基于角跟踪的最优方位轨迹。由Monte Carlo仿真算例可知，目标机动时角跟踪算法预估的目标方位角误差大多分布在区间[-2°，3.5°]内，高低角误差大多分布在区间[2.5°，1°]内。 综合考虑目标非机动与机动时角跟踪算法的仿真情况，认为角跟踪算法所预估的目标方位角误差大多分布在区间[-2°，3.5°]内，高低角误差大多分布在区间[-12.5°，2°]内。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 AHM国内外研究状况

1.2.1 国外AHM研究状况

1.2.2 国内AHM研究状况

1.3 仅有角测量的被动跟踪问题研究现状

1.4 被动声探测定位原理

1.5 问题的提出

1.5.1 对直升机的被动角跟踪问题

1.5.2 BAT-AHM系统的毁伤能力评估问题

1.5.3 BAT-AHM转向系统实现问题

1.6 本文主要研究内容及结构安排

2 武装直升机飞行特征

2.1 飞行特征研究

2.1.1 巡航飞行

2.1.2 机动飞行

2.1.3 飞行仿真

2.2 本章小结

3 角跟踪方法研究

3.1 角跟踪引论

3.1.1 目标跟踪模型

3.1.2 角跟踪算法性能分析方法

3.2 目标非机动时角跟踪算法

3.2.1 目标非机动时角跟踪模型

3.2.2 目标的飞行方向

3.2.3 智能雷最佳指向

3.2.4 仿真及结果分析

3.3 目标机动时自适应角跟踪算法

3.3.1 推广卡尔曼自适应角跟踪算法

3.3.2 伪线性卡尔曼自适应角跟踪算法

3.3.3 球坐标自适应角跟踪算法

3.3.4 目标机动时角跟踪算法仿真及结果分析

3.4 本章小结

4 BAT-AHM系统毁伤能力评估

4.1 BAT-AHM系统模型

4.1.1 BAT-AHM系统组成

4.1.2 BAT-AHM系统工作原理

4.1.3 BAT-AHM系统主要误差分析

4.2 BAT-AHM系统命中毁伤分析

4.2.1 坐标系的建立及转换

4.2.2 BAT-AHM战斗部毁伤场

4.2.3 武装直升机关键部件几何描述及贡献因子

4.2.4 弹目交汇分析

4.2.5 毁伤概率及命中效率

4.3 BAT-AHM系统毁伤能力评估仿真

4.3.1 仿真系统框架及参数设置

4.3.2 仿真程序流程

4.3.3 BAT-AHM系统总体参数精度仿真

4.3.4 BAT-AHM系统毁伤能力评估仿真结果

4.4 本章小结

5 BAT-AHM转向系统设计与分析

5.1 BAT-AHM转向系统工作原理及技术参数

5.1.1 BAT-AHM转向系统工作原理

5.1.2 BAT-AHM转向系统技术参数

5.2 BAT-AHM转向系统结构设计

5.2.1 BAT-AHM转向系统方案

5.2.2 BAT-AHM转向系统的动力学模型

5.2.3 BAT-AHM转向系统负载分析

5.2.4 BAT-AHM转向系统主要部件设计

5.3 BAT-AHM转向系统控制系统设计

5.3.1 控制系统硬件结构及原理

5.3.2 求取脉冲数及脉冲间隔时间的模型

5.3.3 算例仿真

5.4 本章小结

结束语

致谢

参考文献

作者在读期间撰写的相关论文

附录

发布时间: 2006-12-06

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