导弹气动/大气参数一体化在线辨识与预示方法研究

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未来战场的复杂作战环境对导弹的射前生存能力、突防能力和打击精度都提出了更高的现实需求。为了实现快速发射,确保导弹在大气层内机动突防时的飞行品质,减少由天地差异性导致的气动参数偏差以及飞行环境复杂多变性造成的大气参数扰动,提高导弹的打击精度与智能化水平,本文针对导弹气动参数与大气参数的实时精确获取问题,对气动/大气参数一体化在线辨识与预示方法进行了系统研究。对气动参数、大气参数与导弹动力学系统的内在关系进行了研究与建模。建立了满足辨识需求的面对称导弹六自由度运动模型。采用条件数判定法对气动参数模型候选项进行了多重共线性诊断,并利用逐步回归法对模型候选项进行了优选,确立了导弹气动模型结构形式与待辨识气动参数。分析了大气参数与导弹运动状态参数之间的关系,建立了包含风速影响的大气参数模型,并推导建立了大气参数变化率与导弹所受的力、飞行状态之间的解析表达式。研究了基于导航信息辅助的气动/大气参数一体化在线辨识方法。研究了扩展Kalman滤波(EKF)、无迹Kalman滤波(UKF)、扩维无迹Kalman滤波(AUKF)三种满足在线需求的滤波算法,从理论上比较了三种滤波算法的性能,并根据仿真结果分析确立了AUKF作为本文的辨识算法。研究了参数可辨识性相关理论,提出了基于敏感度指标的参数可辨识性分析判据,仿真确定了气动模型中可辨识参数与不可辨识参数的具体归属。基于第二章建立的导弹数学模型,结合导航系统输出的实时数据,进行了气动/大气参数一体化在线辨识滤波器设计,建立了状态方程与观测方程。仿真结果表明,基于导航信息辅助的气动/大气参数一体化在线辨识在获取气动参数与大气参数方面具有较高的精度和较好的实时性。研究了风干扰条件下的气动/大气全参数一体化在线辨识方法。对嵌入式大气数据系统(FADS)的压力模型以及参数解算方法进行了仿真与验证,并针对FADS系统在测压孔布局方面理论研究不足的问题,以钝头体导弹为例,进行了压力传感器布局优化的研究,采用流场仿真验证了优化方案的性能。通过融合导航与FADS系统给出的实时信息,设计了风干扰条件下气动/大气全参数一体化在线辨识滤波器,实现了气动参数与大气全参数的实时精确获取,并通过仿真验证了算法的有效性。提出了基于在线辨识的参数预示策略与方法。在得到当前及过去若干时间点的风速、密度与温度解算值后,采用渐消记忆的递推最小二乘法于飞行过程中对模型中的参数进行估计,建立参数偏差预示模型,结合弹道在线规划提供的高度信息,实现对未来时刻风速、密度与温度的在线预示。本文的工作可为大气层内飞行器气动参数与大气参数的实时精确获取提供技术和方法支持,可为在线任务规划、非程序制导控制、目标跟踪与落点预测等领域的研究提供参考。
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