基于速率陀螺的目标轨迹跟踪与预估技术研究

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，越来越明显地构成对地面部队的威胁，这就需要研究能有效对付直升机的武器系统。本文针对轻型防空武器火控的需求，为人在回路的火控系统研究一种基于速率陀螺的目标轨迹跟踪与预估的方法，以弥补现有防空武器系统的不足。 研究中面临的主要问题是对直升机的角速率跟踪问题和解命中方程问题。围绕这些问题，本文针对武装直升机飞行特征，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)，为评估角速率跟踪算法的性能提供仿真数据。提出推广卡尔曼、球坐标自适应角速率跟踪算法，实现对目标方位信息的实时跟踪与预估，得到了基于角速率跟踪的最优方位轨迹，并通过Monte Carlo方法对算法性能进行了分析。结合卡尔曼双环算法提出移动角速率法解算命中方程，通过Monte carlo仿真算例说明算法的可行性。 进行了半实物仿真试验，结果表明本文所提出的基于速率陀螺的角速率跟踪算法是可行的，同时为该技术的工程化奠定了基础。

目录

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英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2陀螺的工作原理

1.3角速率跟踪中的主要问题

1.3.1目标运动模型的建立

1.3.2可观测性问题

1.3.3线性化问题

1.4本文主要研究内容及结构安排

2武装直升机飞行特征研究及仿真

2.1飞行特征研究

2.1.1巡航飞行

2.1.2机动飞行

2.2飞行仿真

2.3本章小结

3角速率跟踪方法研究

3.1角速率跟踪引论

3.2目标跟踪模型

3.2.1目标非机动跟踪模型

3.2.2目标机动跟踪模型

3.3自适应角速率跟踪算法

3.3.1推广卡尔曼自适应角速率跟踪算法

3.3.2球坐标自适应角速率跟踪算法

3.3.3角速率跟踪算法仿真及结果分析

3.4算法性能分析方法

3.4.1克拉美一罗界(CRLB)方法

3.4.2蒙特卡罗仿真

3.5本章小结

4命中方程的建立及求解

4.1命中方程的建立

4.2命中方程的解算及仿真

4.2.1弹丸飞行时间解算

4.2.2双环算法

4.2.3算例仿真

4.3本章小结

5系统试验

5.1试验设计及条件

5.1.1试验目的

5.1.2试验设备

5.1.3试验步骤

5.2试验数据接收程序设计

5.2.1软件开发环境

5.2.2串行通信模块设计

5.3试验数据处理及结果

5.3.1试验数据的采集与预处理

5.3.2试验结果

5.4本章小结

结束语

致谢

参考文献