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水下目标被动跟踪及自适应导引律研究

高磊  
【摘要】: 本文根据水下目标跟踪及导引律设计的研究现状、存在的主要问题以及工程实际应用的基本要求,对水下目标被动跟踪及自适应导引律设计进行了深入的研究,其主要研究成果和创新点如下: 1.滤波稳定性理论 (1) 研究了水下目标被动跟踪的可观性问题,提出了保证跟踪系统可观的充要性判据。该判据不需求解复杂的非线性微分方程,也不需求解烦琐的Fisher信息矩阵,因而简单可行。同时,该判据易于推广到目标加速度采用高阶模型或其它模式机动的情况,便于实际工程应用。 (2) 对直角坐标系和极坐标系两种坐标体系下的卡尔曼滤波器特性进行了研究,利用协方差矩阵的封闭型表达式验证了方位角误差及协方差初始化对协方差矩阵的影响并进而导致滤波器发散的机理,为滤波算法的研究奠定了基础。 2.自适应滤波算法 (1) 研究了极坐标系下的水下目标被动跟踪问题,建立了被动跟踪的动力学模型。针对该坐标系下传统滤波算法收敛速度较慢的弊端,提出了一种在线修正自适应推广卡尔曼滤波算法。仿真结果表明,该算法收敛速度快,估计精度高,满足实际情况下对目标跟踪的战术要求。 (2) 研究了直角坐标系下的水下目标被动跟踪问题。针对直角坐标系下的滤波不稳定及有偏问题,提出了协方差矩阵旋转变换卡尔曼滤波算法和自适应两步滤波算法,并就目标采取匀速直航及蛇行机动两种情况对算法进行了仿真,验证了算法的有效性。 (3) 研究了混合坐标系下的卡尔曼滤波算法。该算法充分综合了直角坐标和极坐标体系的优点,即:在直角坐标下进行状态及状态协方差的线性外推,在极坐标下进行状态及状态协方差的线性更新,从而提高了估计精度。 3.自适应导引律设计 (1) 对被动方式下的鱼雷自适应变结构导引律设计问题进行了研究,研究了滑动模态对干扰及参数摄动的不变性理论,推导出了滑动模态不受干扰及参数摄动影响的充要条件;在对传统的比例导引律设计的局限性进行深入分析的基础上,提出了一种适用于被动方式下的鱼雷自适应变结构导引律设计方法,并对其进行了严密的理论推导和仿真验证。 (2) 对鱼雷的自主式导引律设计进行了研究,基于模糊逻辑,将专家的启 摘 要 发式经验融入多目标规则库,推导出了方位与无干扰混合导引的导引方法,从 而实现了鱼雷的自主式智能导引。


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