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基于高超平台的临近空间拦截制导技术研究

尹中杰  
【摘要】:目前,美俄等国都开展了各自的高超声速飞行器项目研究,并逐渐形成战斗力。随着新式高超声速飞行器的服役,防空反导系统面临巨大挑战。为了实现对高超声速飞行器的有效拦截,本文提出基于吸气式高超拦截平台(以下简称为吸气式平台或高超拦截平台)的反临近空间目标高超声速导弹概念方案、开展关键拦截制导技术初步研究与可靠性验证。具体分为以下几个部分:首先,针对提出的吸气式高超拦截平台的反临近空间目标高超声速导弹,具体介绍其组成布局概念方案与防御作战流程,并针对不同的作战环境完成面向拦截平台、拦截器的动力学、相对运动学建模。在弹道跟踪预报环节,针对临近空间飞行器机动性强导致轨迹跟踪预测精度不高的问题。考虑到单个模型在跟踪高机动飞行器的效果并不令人满意,本文引入IMM算法,使用多个具有不同机动模型的卡尔曼滤波器进行跟踪。在此基础上,为解决无升阻系数情况下的弹道预报,基于平衡滑翔特性建立相应预测模型,并利用最小二乘法与小区间常数法进行降噪与预测模型参数辨识,从而获得相对准确的预测目标飞行轨迹。在预测命中点规划环节,考虑到火箭动力标准弹道族的飞行策略无法满足拦截平台所使用的超燃冲压发动机在动压、速度方面的约束,基于吸气式高超平台的气推耦合特性设计满足状态约束的飞行策略,以拦截空域最大为指标,得到包含多种飞行策略的标准弹道族。结合预报弹道,将迭代满足多约束拦截点问题转化为基于航程约束迭代拦截时间,筛选出满足高度约束的拦截点的快速筛选问题,进而筛选出可行拦截弹道方案。在中制导环节,考虑到吸气式高超拦截平台的气推耦合特性与超燃冲压发动机的特殊工况,传统制导方法存在不适用的问题。本文基于剩余时间估算方法在线规划新预测命中点,结合平台特性基于相对位置模型在线设计满足状态约束的飞行轨迹,并根据轨迹跟踪控制完成在线制导,从而快速准确完成在线轨迹规划与制导。在末制导环节,考虑到飞行器的智能化、体系化发展趋势,为应对不断发展的威胁,提升拦截能效。这里采用深度强化学习算法在传统比例导引的基础上,以相对距离和视线角转率为状态,依据考虑突防脱靶量的奖励函数训练连续状态空间上的价值评价网络,为导弹选择最优的比例导引拦截有效导航比,从而进一步提升导弹的拦截性能。最后为验证基于吸气式平台的反临近空间高超导弹相较于现有“萨德ER”反导拦截系统在性能上具有明显的优势,基于已有的攻防仿真对抗评估手段进行性能对比分析,验证所提出方案的优越性。


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