对高超声速目标的跟踪及算法研究

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1、第29卷第5期航天电子对抗19对高超声速目标的跟踪及算法研究张燕鹏，李晓波，薛俊诗(装备学院，北京101416)摘要：对高超声速目标特性进行了研究，针对高超声速目标高速及高机动的特点，提出了使用参考加速度模型的IMM算法。同时采用UKF滤波解决对目标跟踪造成的非线性问题。蒙特卡罗仿真试验证实该算法跟踪效果较好、误差均方值小、跟踪精度高。关键词：高超声速飞行器；目标跟踪；IMM—UKF算法中图分类号：TN971文献标识码：AResearchontrackingandalgorithmofhypersonica

2、ircraftsZhangYanpeng，LiXiaobo，XueJunshi(TheAcademyofEquipment，Beijing101416，China)Abstract：Thefeaturesofhypersonicaircraftsareresearched．Accordingtothehighspeedandhighmaneuveringcharacteristicsofhypersonicaircrafts，ainteractivemultiplemodel(1MM)algorithmus

3、edthemodelrefertotheaccelerationisproposed．AndUKFisusedtosolvethenon-linerproblemcausedhytargettracking．TheMonte-Carloexperimentprovesthatthisalgorithmgetsidealtrackingeffectandimprovesthelocationprecision．Keywords：hypersonicaircraft；targettracking；IMM—UKF

4、algorithmOgig该算法提高了高超声速目标的跟踪性能。近年来，随着美国等国家的高超声速飞行器(如美国的X一47B、X一51A)的试验成功，高超声速武器的预警防御已成为必须面对的一个课题。高超声速飞行器飞行在临近空间，这是常规防御系统的真空区LlJ，因此目前尚没有专门针对高超声速飞行器的防御系统。高超声速目标[2]指在临近空间飞行的、飞行速度Ma数为5～20的飞行器。它具有高速、高机动的特点，这些特点对目标跟踪提出了很高的要求。目前高超声速目标跟踪的研究还处在不成熟阶段，普遍认为对目标跟踪最好的算法是

5、交互多模型算法，即IMM算法。其中的关键是如何选取运动模型，使其能较准确地描述目标的实际机动情况。文献[33提出了基于参考加速度的机动目标跟踪模型，该模型在目标由强机动转化为弱机动时有较好的估计精度。本文将引入参考加速度和CV模型的交互多模型算法，就多基地雷达跟踪高超声速目标进行分析研究。仿真结果表明收稿日期：2013—05—22；2013—09—02修回。作者简介：张燕鹏(1989一)，男，硕士，主要从事多基地雷达探测方面的研究。1高超声速目标运动分析1．1目标运动特性分析高超声速目标的运动轨迹大致可以分

6、为三个阶段：助推段、巡航段和俯冲攻击段。在发射助推段，利用飞机、火箭等飞行器将目标送入指定高度；在巡航段，又分为爬升段、平飞加速段和等速巡航段，目标依靠超燃发动机提供的动力飞行；在攻击段，目标改变飞行轨迹，速度倾角快速变小，实现对目标的攻击。在巡航段，超燃发动机会产生强大的喷焰羽流，并产生激波特征，导致产生等离子鞘套，这些特征给跟踪提供了重要的线索和依据。由于高超声速飞行器所特有的这种飞行特征，它能在很短的时间内完成加速，在巡航段开始的几百秒的时间内飞行速度Ma数就可以达到6～7。以X_51为例，它由一架B

7、-52轰炸机携带至太平洋上15．24km的高空，并且飞行速度Ma数达到4．5，在助推级燃料燃尽后，助推级和中间级、巡航级分离。中间级分离后，巡航级在无动力状态下滑翔数秒，然后超燃冲压发动机开始进入高超声速试验阶段；巡航级的发动机点火工作300S后，飞行器爬升到大约24km的高度，且飞20航天电子对抗2013(5)行速度Ma数达到7；发动机熄火后，飞行器在500S的下降阶段内进行飞行，最后降落在太平洋。X一43系列采用涡轮发动机和吸气超燃冲压发动机的组合动力，这种新颖的组合动力可以自动调整使用哪种推动力以使飞

8、行达到最佳速度：当飞机的速度只有两倍声速左右时，飞机借助涡扇喷气发动机前进，这同普通飞机没有区别；当飞机以高超声速飞行时，它就开始利用吸气超燃冲压发动机推进。试验飞行轨迹如图1所示。火箭助推器点火射程图1X一43飞行轨迹示意图1．2目标雷达特性分析高超声速飞行器在跨大气层飞行时，飞行速度Ma数达到7～20，剧烈摩擦其周围的空气并对空气产生压缩，使飞行器周围的空气温度急剧上升，致使空气发生离解和电离，从而在飞行器周