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面向临近空间飞行器的无人机目标定位跟踪技术研究

唐攀飞  
【摘要】:近年来临近空间高超声速飞行器的快速发展,使得各军事大国必需考虑此类目标的防御问题,以及由此诞生的新作战样式—反临近空间目标作战。但由于临近空间目标飞行高度和环境特殊,使得反临近空间目标与传统防空反导目标有较大不同,这给现有防空反导系统带来了严峻的挑战。为提高针对临近空间高超声速目标的防御性能,降低此类目标对我国国防安全带来的威胁,论文主要研究了基于临近空间高超声速目标红外探测特性的无人机高精度目标探测、定位与跟踪技术。论文首先分析了临近空间高超声速目标的运动特性、对比了可用于临近空间目标探测的多种探测平台优缺点,并结合临近空间目标的红外特性和红外传感器特性,设计了无人机搭载红外预警系统和激光雷达来实现对临近空间目标探测、定位与跟踪的方案,研究了基于距离/角度模型的目标定位算法和运动目标测速算法等关键技术,并采用蒙特卡罗方法对目标定位算法和运动目标测速算法误差精度进行了仿真分析,结果表明姿态误差是影响目标位置精度和速度测量精度的主要原因。其次,论文研究了多无人机编队飞行背景下的结合无人机传感器不同探测特性的目标协同定位方法,主要包括基于距离/角度模型的空间两点交会定位方法,基于摄像机小孔成像原理的目标交叉定位方法,以及基于红外角度观测信息的最优目标定位方法,并重点研究了基于红外角度观测信息的最小二乘最优目标定位方法,分析了该目标定位方法的误差影响因素。论文在无人机目标定位的基础上,研究了基于无人机的运动模型辅助的目标跟踪滤波方法,主要工作包括针对目标助推段飞行特性和无人机目标定位系统特性,建立了基于CA模型的线性系统方程和基于距离/角度定位模型的非线性量测方程,设计了基于UKF的目标动态跟踪滤波算法,并仿真验证了算法的快速收敛性和高精度特性。最后,搭建了无人机临近空间目标定位跟踪仿真平台,设计了无人机-目标航迹仿真子系统、导航信息仿真子系统、无人机目标探测传感器仿真子系统以及运动目标跟踪滤波仿真子系统。并有效验证了面向临近空间高超声速运动目标的UKF跟踪滤波算法性能,实验结果表明该方案是可行的,具有较好的实际参考意义。


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