纯方位目标运动分析与鱼雷智能导引律研究

【摘要】： 导引问题是鱼雷对目标实施有效攻击的核心，准确获得目标运动要素又是完成鱼雷导引的前提，进行目标运动要素的解算和鱼雷导引律的研究，对鱼雷完成其战术使命具有深远的意义。本文分别将观测平台、鱼雷、目标作为研究对象，利用最大似然估计和卡尔曼滤波的纯方位目标运动分析方法，在获得目标的精确运动要素后，利用人工智能技术处理非线性问题的优点，研究了基于遗传算法和神经网络技术的鱼雷垂直命中导引律，解决了鱼雷对目标的有效攻击问题。其主要研究成果和创新点如下： 1、纯方位目标运动分析可测性研究 (1) 从经典理论入手，获得了显式表达的纯方位目标运动分析可测性准则，通过一系列代数运算，证明了所提出的可测性准则与Nardone和Aidala的准则具有相似性。 (2) 利用外代数理论对所提出的可测性准则的特性进行了研究，并给出了准则的应用实例。 2、纯方位目标运动分析研究 (1) 系统深入地研究了基于批处理的最大似然估计的纯方位目标运动分析问题。在二维单观测平台目标运动分析的基础上，研究了二维两观测平台和三维单观测平台的目标运动分析，从工程实际入手，进行了相应的仿真试验研究，对影响算法的各种因素进行了全面的分析和研究。 (2) 在极坐标系下对直角坐标系下的扩展卡尔曼滤波的纯方位目标运动分析递归算法进行了改进。分别在目标不规避和目标发生规避两种情形下，进行了相应的仿真试验研究。提出了基于多水听器的分布式Kalman滤波融合的目标运动分析算法。 (3) 设计了纯方位目标运动分析系统，并且初步进行了系统的软件编制，给出了系统的基本界面。 3、多观测平台纯方位目标运动分析研究 (1) 在直角坐标系下建立了多观测平台纯方位目标运动分析的数学模型，研究了多观测平台纯方位目标运动分析中测量值的确定问题。 (2) 在目标机动和非机动两种情况下，详细研究了多观测平台阵列的纯方位目标运动分析可测性问题。利用外代数基本理论，得到了判定单观测平台和多观测平台纯方位目标运动分析系统可测性的定理，并对定理进行了详细的分析。 (3) 详细研究了两观测平台纯方位目标运动分析的性能。分别在观测平台与目标之间的相对距离为恒定值、相对距离和目标方位角为线性变化以及相对距离和目标方位角为任意变化三种情形下定性地研究了描述状态估计性能的状态估计方差，得到了状态估计方差的解析表示，并且在特定的目标方位角下对状态估计方差的表达式进行了相应的简化。 (4) 在两观测平台研究的基础上，研究了两个以上观测平台阵列的纯方位目 两北工业大学博士学位论文 一 标运动分析问题。通过将两观测平台目标运动分析中Fisher信息阵的表示直接扩展 到两个以上观测平台阵列的目标运动分析中，同样得到了描述状态估计性能的状态 估计方差的解析表示，并且与Weinstein在极坐标系下短积分时间内得到的结论进 行了比较，研究表明，在长积分时间内得到的结论与Weinstein的结论是一致的。 4、基于遗传算法的鱼雷垂直命中导引律研究 门）系统全面地研究了目前出现的鱼雷线导导引的典型算法，分别给出了算 法的基本数学模型，并且得到了导引算法的解析表达。 （二）归纳总结了现有的鱼雷声自导导引算法和尾流自导导引算法。对各种自 导导引算法的原理、特性进行了系统深入地研究，并且对声自导导引算法之间的关 系进行了比较。 （3）提出了一种基于遗传算法的逐次变提前角自导导引算法，并且进行了相 应的仿郎验研究。 5、基于神经网络的鱼雷垂直命中导引律研究 门）系统全面地研究了神经网络鱼雷垂直命中导引理论。结合神经网络的特 性以及鱼雷垂直命中导引的特点，研究了将神经网络理论用于鱼雷垂直命中导引的 可行性及优势。 （2）进行了一种神经网络垂直命中导引算法的方案设计。结合具体问题，给 出了导引算法的数学模型，并对网络拓扑结构进行了研究。 臼）在最优控制导引算法的基础上，对提出的神经网络导引算法进行了仿真 研究。仿真结果表明，提出的基于神经网络的垂直命中导引算法和最忧控制导引算 法具有相似的弹道的性质。由于它不需要导引问题的精确数学模型，因此，具有很 好的工程实用前景。 研究结果表明，本文提出的纯方位目标运动分析算法和鱼雷智能导引算法具有 很好的工程前景，对鱼雷实现对目标的有效攻击必将产生深远的影响。