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第一章绪论 研究背景反辐射武器作为电子战中的“硬杀伤”手段 能

发布时间:2019-06-26 13:55 来源:未知 编辑:admin

  第一章绪论 研究背景反辐射武器作为电子战中的“硬杀伤”手段 能够彻底摧毁雷达、干扰设备等辐射源 直接杀伤敌方操作人员 已成为一种重要的突防和掩护力量。被动雷达导引头 Passive Radar Seeker PRS 是反辐射武器关键的部件 其性能直接影响反辐射武器的作战效能。当前PRS主要采用单脉冲

  第一章绪论 研究背景反辐射武器作为电子战中的“硬杀伤”手段 能够彻底摧毁雷达、干扰设备等辐射源 直接杀伤敌方操作人员 已成为一种重要的突防和掩护力量。被动雷达导引头 Passive Radar Seeker PRS 是反辐射武器关键的部件 其性能直接影响反辐射武器的作战效能。当前PRS主要采用单脉冲测角技术 具有作用距离远、体积小、智能化高、抗干扰能力强等优点 但是也存在空间和频率分辨能力弱、对辐射源信号依赖性强等局限性 面对激烈对抗的战场电磁环境时 其效能大大降低 如何提高对抗条件下PRS的作战效能成为当前国内外研究的热点问题之一。 在现代战场环境下 PRS主要面临有源诱偏、雷达组网、间歇发射、提前关机等对抗手段的威胁。当雷达辐射源采用有源诱偏、雷达组网等对抗手段时 同时有多个信号到达PRS天线阵面 由于角度分辨能力有限 传统体制的PRS难以正确引导反辐射武器 将反辐射武器引向几个辐射源的功率重心 影响作战效果 当目标雷达辐射源利用间歇发射、提前关机等对抗手段切断辐射信号源时 由于对辐射源依赖性强 传统体制PRS不能稳定对目标进行跟踪 甚至丢失攻击目标。传统体制的PRS难以适应现代战场对抗环境 要想保持反辐射武器对雷达、干扰源的威慑力 必须开展对抗条件下的PRS制导方法研究。 先进的信号处理方法与复合制导技术是PRS制导技术发展的两个主要方向。先进的信号处理方法可以提高PRS弹目信息获取能力 改善PRS空间和频率的分辨能力 从而使得PRS可以更有效地对抗诱偏干扰。复合制导技术 特别是PRS INS 惯导系统 复合制导技术 可以使PRS在目标信号源丢失的情况下仍能引导反辐射武器攻击目标。与此对应 对抗条件下被动雷达导引头弹目相对信息的获取方法、PRS INS的信息融合方法也成为当前PRS制导技术研究的重点。 电子战装备的试验与鉴定是保证其战斗力的关键环节。在试验中 不仅可以分析评估PRS在特定电磁环境条件下完成作战使命的效能和军事效用 而且可以发现和解决问题 不断消除PRS存在的缺陷、隐患 从而使反辐射武器的技术水平得到提高和发展。目前PRS的鉴定评估已由单纯的精度指标考核向综合对抗能力试验转变 而现有的试验方法与评估体系难以满足其要求 如何准确评估对抗条件下PRS的作战效能是反辐射武器试验评估的热点和难点。 本论文紧密依托装备预先研究项目、973国家安全重大基础研究项目、武器装备预研重点基金项目、与总装备部 基地合作项目等 立足于反辐射武器攻防对抗及效能评估现有水平 以提高对抗条件下PRS制导及效能评估技术水平为目的 深入国防科学技术大学研究生院博士学位论文 研究对抗条件下PRS弹目相对信息的获取方法、雷达导引头量测信息与惯导信息的融合方法、PRS效能评估方法等问题。论文研究将解决PRS制导及效能评估中的一些关键问题研究成果有望为丰富和完善PRS制导与效能评估理论、提高PRS信息获取能力及数据处理能力、提高反辐射武器试验评估水平、增强反辐射武器适应战场对抗环境的能力等应用需求提供有益的借鉴和参考。 反辐射武器发展的现状和趋势目前的反辐射武器主要包括反辐射导弹 ARM 和反辐射无人机 ARD 。反辐射导弹分为两种 一种是专用反辐射导弹 另外一种则是在现役导弹基础上改装而成。原则上来讲 各种战术导弹都可以通过加装被动雷达导引头 亦称无源雷达导引头 而使之具有反辐射攻击能力。反辐射无人机是近年来在电子战应用方面发展的重点之一 它是在无人机上安装被动雷达导引头和引信战斗部 利用敌方雷达发射的电磁信号发现、截获、跟踪直至摧毁目标雷达的无人机系统。下面对其典型武器系统进行介绍。 “百舌鸟”反辐射导弹该弹是美国海 空军装备使用的第一代空地反辐射导弹 主要用于摧毁地空导弹阵地、高炮指挥雷达和其它雷达设施。“百舌鸟”从上世纪60年代初开始研制 1963年开始投产 1965年投入越南战场使用 为美国保障空袭行动发挥了巨大作用。“百舌鸟”导弹弹长3 05m 弹径203mm 翼展914mm。最大速度2Ma 最大射程45km 频率覆盖范围1 2GHz使用高度为1500 10000m。制导系统为被动雷达导引 引信为触发或非触发引信 战斗部为破片杀伤战斗部 动力装置为一台固体火箭发动机。该弹使用时须与有关机载设备配合工作。该弹的主要优点是结构简单、通用性强 可装备多种型号的作战飞机。其主要的缺点是 受被动雷达制导体制的限制易受干扰 命中率低 难以对抗目标雷达关机 只能攻击特定频段的雷达目标 对于具有频率捷变特性的雷达无能为力。该弹已于1981年停产。 标准AGM78反辐射导弹 该弹是美国海 空军装备使用的第二代机载反辐射导弹 与1966年7月开始研制 1967年开始飞行试验 1968年投产 同年AGM 78A进入军队服役。“标准”反辐射导弹弹长4 575m 弹径343mm 翼展1070mm。最大速度2 5Ma 最大射程55km 频率覆盖范围2 18GHz 使用高度为3000 6000m。制导系统为被动雷达导引 有一定的抗雷达关机能力。引信为触发或非触发引信。战斗部为预制破片杀伤战斗部。动力装置为一固体火箭发动机。“标准”同“百舌鸟”相比射程远 覆盖频率范围较宽 具有一定的记忆能力 威力和性能方面均有较大提高 但实战表明 其采用的目国防科学技术大学研究生院博士学位论文 标位置和频率记忆法对抗雷达关机不是很有效。“标准”反辐射导弹有AGM78空地 和RGM66舰舰两大系列7种型号。“标准”导弹结构复杂、大而重、装备机种有限、成本高 只生产了2000多枚 与1976年停产。 HARMAGM 88高速反辐射导弹 该弹是美国海 空军装备使用的第三代机载反辐射导弹 也是至今在战场上使用过的最先进的反辐射导弹。1972年4月开始研制 1975年开始飞行试验 1980年投产 1983年5月开始服役。“哈姆”导弹弹长4 148m 弹径254mm 翼展1130mm 最大使用高度12200m。“哈姆”导弹的射程大于40km 最远达到90km以上。导弹飞行速度达到3Ma 最大弹速可以达到4Ma。“哈姆”的导引头的频率覆盖范围达到0 20GHz包括了目前绝大多数防空雷达的工作频率。导引头灵敏度高、测量精度也较高 保证了远距离的高精度打击。导引头信号处理能力大大加强 可以对付具有捷变等复杂信号的雷达。导弹采用微处理器技术 提供了自卫、随机和预编程三种工作方式 提高了导弹的自动化程度。导引头能探测各种常规脉冲雷达、连续波雷达、频率捷变雷达。接收机灵敏度很高 可以截获电机电磁辐射。上世纪80年代后 美国研制了它的改进型AGM 88C 以对付前苏联先进雷达采用的频率捷变和瞬时短脉冲等技术 新导引头用一个尺寸更小的天线代替原来的两部天线 而且将天线安装在常平架上 配置天线稳定系统 提高了天线的搜索范围和跟踪精度。根据最新的相关报道 在其新的改进型AGM 88E上采用了被动雷达与毫米波主动雷达的复合制导导引头 而且还有GPS IMU复合导航系统 大大增强了HARM的抗干扰性 减少了对信号源的依赖 以色列“哈比”反辐射无人机反辐射无人机的发展是无人机在未来电子战领域应用的重要扩展。相对反辐射导弹 反辐射无人机的成本更低 攻击的机动性更强 而且可以从几百或几千千米外飞到敌方雷达目标上空实施攻击 特别是反辐射无人机可以长时间在目标上空巡逻搜索 待敌方雷达开机时再发起攻击。目前 世界许多国家都在研究反辐射无人机 其中以色列的“哈比”、德国的“达尔”以及南非的“云雀”最为典型。“哈比”反辐射无人机是以色列飞机工业公司研制的能自主探测、攻击和摧毁敌防空系统的“自杀”性无人机。采用一台26马力的双缸双冲程活塞式发动机和推进式螺旋桨 带有反辐射导引头 可全天候作战使用。飞行速度为200km 巡航速度为165km 飞行高度3000m航程100km以上 续航时间为3 5h 攻击精度为5m。 从上面的典型反辐射武器系统可以看出 经过几十年的开发和研究 历经三代系统 反辐射武器发展呈现三个显著特点 在武器运载系统方面 运载系统的速度越来越高 距离越来越远 高速远距离攻击成为反辐射武器发展的方向 在制导技术方面 从只采用单一的微波被动寻的导引方式到采用各种各样复合制导方式 多源融合复合国防科学技术大学研究生院博士学位论文 制导成为反辐射武器发展的方向在信息处理技术方面 从简单到复杂 应用更先进的信号处理技术成为反辐射武器发展的趋势。 采用威力强大的运载系统以美国的“百舌鸟”为代表的第一代反辐射导弹 速度为2Ma左右 最大攻击距离为45km 以美国的“标准”为代表的第二代反辐射导弹 速度为2 5Ma左右 最大攻击距离为53km 到了以美国“哈姆”为代表的第三代反辐射导弹 速度为3Ma左右 最高可以达到4Ma 射程大于40km 最远达到90km以上。而最新研制的反辐射武器 可以采用弹道导弹作为运载工具 射程可以达到几百到几千千米 最大速度也能超过5Ma。 采用灵活多样的复合制导方式以美国的“百舌鸟”为代表的第一代反辐射导弹 仅仅采用被动雷达寻的制导 制导方式单一 当目标雷达采用提前关机、间歇发射等对抗手段时导弹易失控。以美国的“标准”为代表的第二代反辐射导弹 初步具有了一定的记忆能力 但在实战表明 其采用的目标位置和频率记忆法对抗雷达关机不是十分有效。到了以美国“哈姆”为代表的第三代反辐射导弹 PRS复合制导成为反辐射武器的主要制导方式其对抗雷达关机的能力大大增强 在其新的改进型AGM 88E上采用了被动雷达导与毫米波主动雷达的复合制导导引头 而且还有GPS IMU复合导航系统 大大增强了HARM的抗干扰性 减少了对信号源的依赖 。从反辐射导弹的发展过程可以看出采用复合制导方式是反辐射武器发展的趋势。 近年来随着反辐射武器使用方式、攻击对象的扩大 为了提高命中率和使用灵活性 在制导方式上采用了各种各样的复合制导方式 可以采用的复合制导方式包括 被动寻的 主动雷达某制导 厘米波和毫米波雷达 、被动寻的 电视末制导、被动寻的 红外末制导等。新的反辐射导弹对辐射源的依赖将大大减少 再也不是传统意义上的反辐射导弹 它成为一种包含被动雷达制导方式的复合精确制导弹药。其中被动寻的 惯导系统复合制导体制 具有隐蔽性高、对辐射源依赖性小等优点 是反辐射武器常用的复合制导方式 对其工作流程、信息融合方法的研究也成为近年来反辐射武器技术发展的研究热点。 采用更先进的信号处理方式10 14 以美国的“百舌鸟”为代表的第一代反辐射导弹 其信号处理方式相对简单 采用单脉冲比幅测角体制 测角精度不高 宜受到干扰。对信号源的识别能力弱 只能攻击特定频段的雷达目标对具有频率捷变能力的雷达无能为力。以美国的“标准”为代表的第二代反辐射导弹 信号处理功能得到了加强 采用单脉冲比相测角体制 利用角度干涉仪进行角度的测量 角度测量精度得到提高 抗干扰能力也得到了加强。到了以美国“哈姆”为代表的第三代反辐射导弹 由于采用了新的微波电路和信号处国防科学技术大学研究生院博士学位论文 理器件信号处理功能得到进一步加强 能够存储已知雷达的信号特性数据 视频数字处理器可对各种雷达信号进行探测、分选、识别等处理 导引头能探测各种常规脉冲雷达、连续波雷达、频率捷变雷达。从反辐射导弹的发展过程可以看出 采用更先进的信号处理方式是反辐射武器发展的趋势。 近年来为使反辐射武器适应对抗战场环境的能力得到提高 特别是提高反辐射武器对抗诱偏干扰的能力 各种更先进的信号处理方法在反辐射武器上采用 脉冲前沿跟踪技术 鉴别跟踪单一信号 抗多路径干扰和多源干扰 时间选择技术 对信号进行时域上选择 对感兴趣的信号实现稳定跟踪 窄带锁相环路 在频域上实现对某个辐射源的稳定跟踪 角度波门技术 虽然不能提高PRS的角度分辨能力 但可以通过搜索角和跟踪角的变换实现对于单个辐射源的稳定跟踪 数据积累取均值方法 11利用辐射源功率上的不同 实现对辐射源的分辨 超分辨算法 12 14 通过阵列信号处理、空间谱技术实现角度的超分辨 提高PRS的角度分辨能力 对抗有源诱偏干扰。在这些信号处理方法中 由于超分辨阵列测向技术解决了瞬时视野、测角精度和分辨力三者之间的矛盾 其在反辐射武器上的应用成为各军事大国研究的热点。 被动雷达导引头弹目信息获取方法研究现状与发展趋势被动雷达导引头是反辐射武器中的核心部件 也是决定整个武器系统最终作战效能的核心环节。当前的被动雷达导引头一般采用单脉冲测角技术 其中最常用的方法有比幅比相和比相比幅体制测角方法 前者利用干涉仪的方法形成精确的测角信息 同时利用比幅的方法消除比相模糊 后者利用交叉波束形成网络 将相位信息换成幅度信息 从而提高测角精度 。但是由于受到客观条件限制被动雷达导引头的天线不能很大 并且为了捕捉目标 其天线波束宽度不能太窄 这使得导引头角度分辨能力弱。在被动雷达导引头攻击分辨距离之外的密集目标或带有诱饵站的制导雷达时 由于不能分辨目标 而不能准确实施攻击 导引头跟踪目标的能量中心 当距离目标较近可以分辨目标时 由于导弹 或其它载体 速度快 机动过载有限 此时已不能击中目标 这是目前反辐射武器的弱点 也是诱偏系统对抗反辐射武器的重要突破口 1516 41 47 现代战争的电磁环境在信号环境特征上的明显体现是信号密度大、信号形式复杂这对测向技术提出了更高的要求 主要表现在高精度和高分辨率上 能够实现对多个信号的同时测向、对短暂出现信号的快速测向。空间谱估计方法提供了超过“瑞利限”的角度分辨能力 它所具有对来波方向估计的渐进无偏性和超分辨特性 完全可以用于高密度信号环境下的无线电测向 其在被动导引头上的应用前景被各军事大国所看好。 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 空间信号的方向估计与时间信号的频率估计十分相似。在理论上它们均可表述为基本的非线性参数问题。因此 时域非线性信号处理技术在空域处理上的推广曾成为热点问题 许多时域非线性谱估计方法推广成为空域谱估计方法 于是便产生了所谓的高分辨谱估计方法 技术 。在过去的30多年时间里 许多专家学者对空间谱估计这一技术进行了广泛而深入的研究 取得了极为丰硕的成果。文献 17 给出了一些学者总结的典型空间谱估计方法的关系图。 主流空间谱算法之间的关系自20世纪70年代以来 主要的高分辨谱估计方法有 Pisarenko的谱波分析法、Burg的最大熵法 MEM 18 、Capon的最小方差法 MVM 19 。Tufs和Kumaresan研究认为 基于线性预测理论的超分辨算法不能有效利用加性噪声的统计特性 因而其分辨性能较差 20 。他们利用特征分解方法 使得基于线性预测理论的DOA方法的信噪比门限大大降低。美国的Schmidt 等人提供的多重分类MUSIC 21 22 算法 实现了空间谱算法向现代超分辨测向技术的飞跃。MUSIC算法的提出也促进了特征子空间类 或称子空间分解类 算法的兴起 利用两个子空间的正交特性构造出“针状”空间谱峰 从而大大提高算法的分辨力。子空间分解类算法从处理方法上可分为两类 一类是以MUSIC为代表的一类噪声子空间算法 另一类是以旋转不变子空 ESPRIT 为代表的信号子空间类算法。以MUSIC算法为代表的算法包括特征矢量法 23 、MUSIC 22 、求根MUSIC 24 法及MNM 20 等。以ESPRIT为代表的算法主要有TAM 25 LS ESPRIT 26 及TLS ESPRIT 27 等。20世纪80年代后期开始 最大似然 ML 28 29 算法、加权子空间拟合 WSF 30 算法及多维MUSIC MD MUSIC 31 算法等相继提出进一步完善了空间谱估计理论。最大似然 ML 包括确定性最大似然算法 DML 28 和随机性最大似然参数估计方法 SML 29 应用于波达方向估计 由于方向估计似然函数是非线性的 求解其最优解需要进行多维搜索 运算量巨大。Wax提出了用轮换投影 AP 32 算法求解似然函数的最优解 大大减少了运算量 但是只能得到局部最优 并不保证全局最优。WSF算法同样按子空间特性分为两类 一类是信号子空间拟合算法 30 另一类是噪声子空间拟合算法 33 。ML算法的实现过程和WSF算法的实现过程可以通用 如MODE算法 34 MVP算法 35 、迭代二次型最大似然 IQML 36 等均可用ML和WSF算法的实现过程。 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 由于空间谱估计方法提供了超过“瑞利限”的角度分辨能力将其应用到反辐射武器上 会极大地改善反辐射武器的角度分辨能力 因此有很多学者研究在反辐射武器上应用空间谱估计算法的可能。反辐射武器是电子战中的“硬杀伤”武器 对其制导和作战方式都是各国保密的重中之重 公开发表的相关的文献很少。在文献 37 给出了HARM导弹各型号的相关数据 在AGM 88A、AGM 88B上除了宽带被动接收雷达天线外 还存在一组线阵天线阵 为采用空间谱估计算法提供了相应条件。文献 11 简单分析了在反辐射武器上应用空间谱估计算法的前景和相应难点 提出天线阵布阵困难、计算量大、空时的欠采样是PRS上应用空间谱估计算法的难点。文献 13 利用天线阵子的空间布阵实现对PRS上的空间谱估计 并进行了相关实验分析其分辨能力 但是没有给出具体的实现方法与相应设置参数。文献 14 用时间换空间对阵列进行扩展提高PRS的分辨率和分辨精度 但是大的快拍数在实际应用中很难满足。文献 12 提出了一种单脉冲 空间谱复合测角方法 通过对两种方法的信息融合得到目标信息估计 使ARM利用空间谱估计成为可能 但相应地增大了反辐射武器装备的复杂度。在文献 12 的基础上 文献 38 39 40 进一步分析诱偏干扰环境下的被动雷达导引头的数据处理方法。在PRS上应用空间谱估计算法 还有很多技术问题没有解决 离实际工程应用还有一段距离。 从上面的论述可以看出 弹目信息的获取方法是被动雷达导引头的关键技术 采用更先进的信号处理方法提高被动雷达导引头弹目获取能力 是反辐射武器的一个重要发展方向。超分辨阵列测向技术解决了瞬时视野、测角精度和分辨力三者之间的矛盾 是被动导引头信号处理方法发展的趋势。但是由于客观条件的限制想要在反辐射武器上的应用空间谱技术 还需开展一系列相关研究 论文的第二章将对上述问题开展深入研究。 被动雷达导引头惯性导航系统信息融合方法研究现状与发展趋势 被动雷达导引头过分地依赖于目标所辐射的电磁波 因此一旦目标雷达采取关机或大甩头等措施 而弹上不采取相应的技术措施来对抗雷达关机 其命中精度将会大大降低。采用复合制导体制是目前反辐射武器对抗目标信号消失的主要方法 通常以被动雷达寻的制导为主 复合一种其它制导方式 被动雷达寻的导引头可以与主动雷达组成被动 主动复合制导 48 51 也可与红外 52、激光、电视或捷联惯导 53 57 等组成复合制导。在反辐射武器上可选用的目标信号丢失的方案是多种多样的 但由于捷联惯导系统具有不受外界干扰、全天候、高可靠性、高性价比、技术成熟等优点 从可靠性、技术成熟程度、研制费用和研制周期等几方面综合考虑 采用被动雷达复合捷联惯性制导方案被各军事大国广泛采用 美国的ARM88C就是采用这种制导体制。相应的如何对被动雷达导引头、捷联惯导系统获取的信息进行融合 提高反辐射国防科学技术大学研究生院博士学位论文 武器的制导精度和作战效能也成为近些年研究的热点 下面从多源信息融合、惯导基组合导航、导引头目标跟踪等角度对国内相关研究现状进行论述。 多源信息融合多源信息融合 multi source information fusion 又称多传感器信息融合 multi sensor information fusion 是始于20世纪70年代、从声纳信号处理、海洋监视、地空防御、C3I系统开发等军事应用中孕育而生的一门新的边缘学科 58 。其中时常参数的估计是信息融合的基础 其理论体系已臻完善。按照估计采用的不同准则 包括四种基本估计方法 最大后验估计 MAPE 、最大似然估计 MLE 、最小均方误差估计 LMSE 和最小二乘估计 LSE 。在时常参数估计类推至静态向量估计过程中 还可采用迭代 算法如序贯最小二乘估计 RLSE Dempster等人在1977年推出了期望极大化方法EM 通过迭代算法不断修正估值 直至收敛到似然函数的最大值完成估计 因其意义明确、迭代简易、估计精度高 也得到了广泛应用 60 。上世纪30年代起 估计理论从参数估计发展至状态估计 1940年提出的Wiener滤波、1960年提出的Kalman滤波 61 及接下来的连续时间系统Kalman滤波 62 为现代滤波理论的研究发展奠定了坚实的基础。为了解决非线性动态系统中的状态估计问题在70年代一些学者提出了EKF方法 63 、Gauss和滤波 GSF 64 。为了改善非线性滤波的效果 解决EKF在复杂环境下滤波效果不能令人满意的问题 上世纪80年代起 Julier等人提出了基于不敏变换的UKF 65 66 unscented Kalman filter 方法 首先通过不敏变换对非线性的状态方程进行处理 对处理后的状态变量进行滤波估计 以减小估计误差。与此同时 Bayes理论也被应用于非线性系统滤波 通过获取的实时观测信息来求解状态变量的后验概率密度函数 从而得到该时刻的状态估计和估计误差的协方差矩阵。Bayes滤波的最大困难在于后验概率密度函数的计算 当噪声为非Gauss分布时 其真正的概率分布函数的解析形式也不易得到。针对这个问题 近年来兴起的一种新的非线性滤波算法——粒子滤波方法 Particle Filter PF 67 69 。PF方法是一种基于Monte Carlo 仿真的最优回归Bayes算法 将所关心的状态矢量表示为一组带有相关权值的随机样本 并且基于这些样本和权值计算出状态估值。PF方法不受线性化误差或高斯噪声假定的限制 适用于任何环境下的任何状态转换或量测模型。 惯导基组合导航由于惯性测量元件误差、安装误差、初始对准及装订误差、冲击与振动等干扰误差 导致惯导系统输出的位置、速度和姿态等导航信息误差随飞行时间而累积 70 必须借助于外部传感器信息进行周期性的惯导修正 INS aiding 。在多传感器信息融合理论及方法不断完善并投入实用的推动下 71 72 采用基于多传感器信息融合的组合导航系统 通过实现各传感器的优势互补获取高精度的导航信息 成为了当前导航领域的国防科学技术大学研究生院博士学位论文 主流73 74 。惯导系统因其输出信息的全面性 成为了组合导航系统中的主传感器 75 通过综合多种外部辅助导航设备的信息优势 提高导航的精度及可靠性 这便构成了各类惯导基组合导航系统 76 INS based hybrid navigation system IBHNS 目前用于惯导辅助的外部设备主要包括GPS 77 、天文导航系统 Celestial Navigation System CNS 、无线电导航系统 Radio Navigation System RNS 、大气数据系统 76 、地形辅助导航系统 Terrain Aided Navigation TNS 78 79 、景象匹配导航系统、重力辅助系统、Doppler导航雷达等传统的导航设备 以及雷达、红外、激光、电视等导引头 80 、无线 、合成孔径雷达等非导航设备 82 甚至不借助外部传感器信息 仅通过载体平台的机动也可实现惯导修正效果 83 。各种外部辅助设备可输出部分的导航信息 或输出与载体运动相关的信息 借助于信息融合理论中的小波变换技术、最小二乘估计、Kalman滤波、及EKF滤波、UKF滤波等传统非线性估计技术、和联邦滤波、自适应滤波、粒子滤波、多模型滤波等新的非线性估计技术 可通过外部辅助信息观测量对组合系统状态进行最优估计 从而实现高精度导航。在导弹飞行末制导段 通过修正后得到惯导导航精度远远高于被动雷达导引头的量测精度 可以利用惯导信息对导引头量测误差进行抑制。 导引头目标跟踪机动目标跟踪是一类典型的非线性滤波问题 在导弹末制导、雷达战场监视等领域有着广泛的应用。依据导引头获取测量信息的类型 可将末制导中的目标跟踪划分为被动跟踪 85 86 仅有角度或角速率信息 和主动跟踪 87 另有距离、多普勒等信息 通常与最优导引律设计相联系 Tang的研究88 。前者存在着严重的不可观测性 跟踪器的设计比较复杂 89 后者由于可获取全面的弹目相对运动信息 跟踪器的设计较为灵活。区别于地基、舰载等固定雷达对目标的跟踪 导引头的目标跟踪受多种因素制约 首先受到弹载空间的影响 导引头提取的弹目相对信息精度十分有限 其次 导引头随导弹在空间内运动 在建立弹目相对运动模型时还需要对载体本身的运动特性进行描述 最后 导引头一般执行单目标跟踪任务 此时目标的机动检测和机动辨识较固定雷达应用更为重要 88 因为这涉及到导引指令的生成。 由于机动目标跟踪的高度非线性特征 弹目相对运动特性的建模显得尤为重要。一般地 运动模型可在惯性直角系或视线球坐标系下表述 前者具有线性的状态方程 但观测方程非线性 而后者恰好相反。通过对状态变量的恰当选取 Balakrishnan85 和Stallard 86 等人对修正球坐标系下视线角及角速率的处理 可获取均为线性的状态方程与观测方程。无论是惯性直角系、视线球坐标系、MSC系下 均可用EKF这种滤波方法进行过程估计。V Aidala详细地分析了直角系下EKF滤波算法的非线 为了克服该误差 许多学者从滤波方法本身和坐标系优化选取两方面进行了相应研究 例如 在MSC系下滤波便可有效地提高EKF滤波的稳定

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