基于动力学模型的再入弹道估计方法研究

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1、第30卷第2期2011年4月飞行器测控学报JournaIofSpacecraftTT&CTechnoIogyV01．30No．2Apr．201l基于动力学模型的再入弹道估计方法研究‘江晓东，谢京稳，郭军海(北京跟踪与通信技术研究所·北京·100094)摘要：对再入飞行器进行跟踪，获取目标弹道的精确估计具有十分重要的现实意义。飞行器在再入段的弹道可用较为精确的动力学模型描述，并利用UKF对目标的弹道进行估计，与3RR几何法解算结果进行比对。仿真结果表明，对于弹道式再入飞行器，基于BRv-Exp模型的弹道估计精

2、度比3RR法具有明显改善；对于机动式再入飞行器，基于MRv．Wiener模型的估计精度只是略微优于3RR法的弹道估计精度。关键词：再入目标；动力学模型；3RR；UKF中图分类号：V557文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)02一0075一05ResearchonEstimationofReentryTrajectoryBasedonDvnamicalModelJIANGXiaodong，XIEJingwen，GUoJunhai(Be虹ingInstituteofTrackingandTel

3、ecommunicationsTechnology，Be幻ing100094)Abstract：Itisextremelysignificanttotrackreentryspacecraftandgetpreciseestimationoftheirtrajectoryinthere—entryphase．Duringatrrlosphericreentryphase，thelocusofspacecraftcanbedescribedapproximatelybyadynami—calmodel．The

4、paperfirstusesUKFtoestimatethetrajectoryofreentrytargetsandthencomparestheresultwithsolutionof3磁method．ThesimulationresultshowsthatUKFbasedonthedy髓micalmodeleffectivelyimprovestrajectoryestimationprecisionofreentrytargetsforaballisticreentryvehicle，butonly

5、improvesappreciablythees—timationprecisionofmaneuveringreentryvehicles．Keywor出：ReentryTarget；DynamicalModel；3RR；UKFO引言基于观测设备(如雷达等)对再入大气飞行目标进行跟踪。在航天试验等领域是极其重要的工程问题。目前再入段数据处理方法主要是最小二乘法、3RR几何法等。这些方法主要依靠测量数据所提供的信息，而没有考虑再人段的运动特性，故难以得到更高精度的弹道估计。实际上，飞行器的再人段飞行可以用较

6、为精确的动力学模型描述，对于该弧段跟踪测量数据的处理，如果充分利用动力学模型所提供的先验信息，应当可以得到高精度的弹道估计‘¨。对再人大气的目标进行跟踪定位，仅依靠单台雷达测量数据，显然其精度不会很高。但是，在测控网的链式跟踪过程中，通常会出现多台雷达交叠跟踪、并在局部弧段上提供交会测量数据的情况。综合利用多台雷达测量数据解算弹道，无疑比单台计算结果精度高。测量雷达对目标的观测数据一般由距离、俯仰角、方位角和径向速度组成。通常雷达的测角数据相对测距和测速来说，精度较低，因此在测量远距离目标轨迹时，有时为了避

7、免测角误差的放大效应，采用多台雷达单纯测量距离和距离变化率也是一种有效的处理思路心]。飞行器在再人大气时的飞行速度很快，而且受到复杂的空气动力影响，呈现出很强的非线性特性[3]。解决非线性估计问题的传统方法是扩展卡尔曼滤波(EKF)。EKF是将状态系统模型展开成泰勒级数的一阶或二阶式，而忽略了高阶项，从而在滤·收祷日期：2010—09—16；修回日期：2010一11一02第一作者简介；江晓东(1985一)。男，硕士研究生。主要研究方向为飞行嚣测控技术和数据处理技术；E-mail：jxdl227@126．co

8、m飞行器测控学报第30卷波过程中不可避免地引入线性化误差，精度难以提高。且容易导致滤波发散。Julier和UhlmanⅣ4。51等利用不敏变换(UT)，提出不敏卡尔曼滤波(UKF)，它不需要对非线性系统进行线性化，因此很容易应用到非线性系统的状态估计巾。本文首先在地心直角坐标系下建立弹道式再入目标的动力学模型，然后简要介绍了UKF滤波原理，最后将基于动力学模型的UKF滤波结果与传统3RR几何解算结果进行了对比分析