拦截高速机动目标的弹道设计及优化

摘要

战术弹道导弹是指携带大量战斗部,由火箭发动机推动,经远距离飞行最终精确打击地面目标的导弹。因战术弹道导弹具有发射多样化、反应时间短、飞行速度快、摧毁威力大、打击射程远、突防能力强等特点,使其受到了许多国家的重视,随着战术弹道导弹的不断发展,再入弹头速度不断增大,机动突防手段愈加丰富,使对其拦截更加困难,因此本文研究拦截高速机动目标的问题是十分必要的,具体研究内容包括:
　　概述了战术导弹的发展及现况,对现有的国内外反导系统做了介绍和分析,阐述了我国发展反导导弹对国防安全的重要作用及意义。
　　为了便于分析导弹的飞行状态,定义了常用坐标系及坐标系间转换关系,分析了不同高度的大气参数的计算方法,并系统的总结了导弹飞行时所受的气动力、力矩等的计算方法。
　　为了便于建立机动模型,对现有战术导弹的突防策略进行了分析。在此基础上,以螺旋机动的形式,构建了一种以空气动力为作用力,改变运动轨迹的高速机动再入模型,以此模型作为后面计算仿真的拦截目标。
　　针对三维空间拦截问题,建立了拦截弹的质心动力学方程、质心运动学方程、拦截弹与目标的相对运动方程。对几种导引方法进行了概述,着重对比例导引方法的弹道特性进行分析了,总结了比例导引法的优势。在此基础上,构建了以比例导引方案的突防与拦截的基本构架,通过计算仿真,分析了不同比例导引系数及拦截弹速度对拦截目标弹道特性的影响。
　　详述了弹道优化方法,并根据本文所涉及问题,构建了运用直接打靶法参数化和复合形寻优的数学模型。在此基础上,针对拦截时的飞行特点,以最小飞行时间和最小脱靶量为优化目标,设计了最优比例导引系数控制方案,对拦截高速机动目标的优化问题进行仿真。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2战区导弹防御的发展及现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 控制方程及数值求解

2.1坐标系定义及其相互间转换

2.2 标准大气模型

2.3导弹飞行的力学环境

2.4 本章小结

第3章 螺旋机动目标弹道

3.1 战术导弹机动形式介绍

3.2 螺旋机动弹道数学模型

3.3弹道仿真及分析

3.4 本章小结

第4章 拦截末制导方案及拦截导弹弹道分析

4.1 拦截导弹基本模型

4.2 导引方法简介

4.3 拦截弹道仿真及分析

4.6 本章小结

第5章 弹道优化方法及拦截弹道优化

5.1 弹道优化方法概述

5.2 最优控制问题及数值解法

5.3 最优控制问题转化为参数优化问题

5.4 本文优化算法

5.5 优化模型

5.6 仿真算例

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢