多机探测隐身目标资源调度与轨迹规划方法研究

摘要

隐身飞机具有较低的雷达散射截面积(Radar Cross Section, RCS)，对现有的雷达探测设备构成了严重的挑战，因此以往传统的依靠单个独立平台作战的作战方式已然不能够发挥其预期的良好作战效果。本文以多战斗机组网探测隐身目标为背景，主要对多机传感器探测资源调度和最优探测轨迹两个方面的内容开展研究，以期为反隐身对抗提供积极的思路和技术保证。论文主要研究成果如下：
　　（1）分析了协同探测隐身目标问题特性，研究了多机协同探测模式，探讨了目标运动状态确定情况下的探测过程。针对隐身目标的低RCS特性能够压缩雷达探测距离的问题，开展了对雷达目标跟踪特性和雷达跟踪目标丢失条件的分析研究，研究并提出了多机协同探测四类任务模式，即编队平台雷达组网协同搜索模式、编队平台雷达组网协同闪烁探测模式、编队平台雷达组网协同探测模式和编队组网协同干扰模式。建立了协同探测指标函数，对确定目标运动状态下的探测过程进行了深入的剖析，为后文进一步研究资源调度方法和轨迹规划方法奠定了基础。
　　（2）研究了多机探测资源调度问题，建立了反隐身探测资源调度模型，针对模型求解设计了Extend-CSP基本策略，提出了基于Monte Carlo近似Q值估计方法，解决了针对隐身目标探测过程中多传感器在线调度求解复杂度较高的问题。针对目标运动状态不确定情况下多传感器资源调度问题，首先以部分可观马尔科夫决策过程(Partially Observable Markov Decision Processes, POMDP)为理论基础，建立了协同反隐身探测任务规划资源调度模型。为了降低对远期收益求解计算的时间复杂度，提出了Extend-CSP基本策略。针对多机协同探测跟踪隐身目标这类问题，进一步提出了基于Monte Carlo方法对Q值进行近似估计方法。最后通过实验仿真，验证多传感器协同探测资源调度决策模型及求解算法的有效性。
　　（3）研究了多机协同探测轨迹规划问题，提出了基于滚动优化在线求解策略。基于滚动优化思想来在线动态规划面向隐身目标最优探测轨迹。深入分析了hp-自适应伪谱方法求解轨迹规划问题的基本原理，结合多机协同探测隐身目标问题特性，提出基于滚动优化策略的 hp-自适应伪谱算法对轨迹规划问题进行求解的办法，特别是针对时间协同约束条件的处理，引入了基于协调变量的分布式时间协同策略，仿真实验表明该方法较好地实现了多机协同对隐身目标的探测，并且目标综合探测概率较高。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究发展及现状

1.3 论文内容及组织结构

第二章 协同探测隐身目标问题分析

2.1 雷达目标探测与目标跟踪特性分析

2.2 协同探测任务模式

2.3 协同探测指标函数及数值求解问题分析

2.4 目标确定运动状态下探测过程分析

2.5 本章小结

第三章 多机探测隐身目标资源调度方法研究

3.1 目标运动状态不确定情况下的探测问题分析

3.2 目标运动状态不确定情况下多传感器资源协同调度分析

3.3 多传感器组网协同反隐身探测资源调度问题要素

3.4 基于POMDP模型的在线决策模型

3.5 基于POMDP协同探测资源调度模型求解

3.6 仿真实验与结果分析

3.7 本章小结

第四章 基于目标状态预测和滚动优化的多机探测隐身目标轨迹规划方法研究

4.1 滤波融合估计方法

4.2 基于滚动优化策略的hp-自适应伪谱法

4.3 目标函数及协同轨迹规划问题求解

4.4 仿真实验与结果分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文研究工作总结

5.2 论文研究工作不足与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 飞机运动及动力学模型及约束

附录B 常见的RCS模型