一種基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種彈道目標發(fā)射點估計裝置、彈道目標發(fā)射點估計方法，尤其涉及 一種基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置、基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置 方法。
【背景技術】
[0002] 彈道導彈具有射程遠、威力大、精度高、機動性強等優(yōu)越性，成為現代戰(zhàn)爭中的"撒 手锎"。二戰(zhàn)后世界各國開始競相研制各種導彈武器，彈道導彈將成為戰(zhàn)爭初期或關鍵時刻 的主要作戰(zhàn)方式。現階段，彈道導彈的各種突防技術已日趨成熟，僅在我國周邊就有超過十 余個國家和地區(qū)，已經掌握和即將擁有中程以上的彈道導彈，這對我國國家安全構成嚴重 威脅。
[0003] 雷達作為導彈防御系統(tǒng)中的核心探測器，在導彈防御的預警探測、跟蹤、識別、制 導以及殺傷效果評估等各關鍵環(huán)節(jié)均發(fā)揮著不可替代的關鍵作用。雷達性能的優(yōu)劣對于整 個導彈防御系統(tǒng)的性能都有很大的影響，而通過雷達的探測，對彈道導彈發(fā)射點估計的問 題是導彈防御體系中至關重要的環(huán)節(jié)，該問題一直是理論和實際研究的重點和熱點。
[0004] 下面結合圖1詳細介紹現有的彈道目標發(fā)射點估計方法通常的處理流程。
[0005] 步驟101 :對雷達測量的點跡數據進行預處理，完成野值剔除，坐標轉換功能。
[0006] 步驟102 :對預處理后的點跡數據進行平滑/濾波處理，常用的方法有最小二乘平 滑（LS)和擴展卡爾曼濾波（EKF)方法。
[0007] 步驟103 :通過平滑/濾波后的數據對彈道目標采用二體問題公式進行定軌，計算 目標的軌道根數。
[0008] 步驟104 :通過彈道目標的軌道根數，由于目標的彈道面是過地球地心的平面且 該彈道上的發(fā)射點和落點與地球表面相交，滿足地球曲面方程；可利用解析法直接按公式 解算出發(fā)射點位置。
[0009] 現有技術中的彈道目標發(fā)射點估計方法，都存在一些缺點，概括如下：
[0010] (1)現有技術通常采用的最小二乘平滑方法或擴展卡爾曼濾波方法；其中最小二 乘平滑方法未考慮彈道目標運動模型，濾波的精度不高，且不適用于實時處理，多作為事后 批處理分析。擴展卡爾曼濾波在非線性濾波問題上易于發(fā)散，且濾波的精度不高。
[0011] (2)基于二體問題進行的橢圓定軌方法，解算精度不夠，同時該方程忽略了地球自 轉，地表高程等因素影響，而這對于中程及以上的彈道導彈發(fā)射點估計精度的影響是不可 忽略的。
[0012] (3)現有技術發(fā)射點估計時忽略了彈道導彈主動段的影響，采用二體問題處理，將 彈道目標飛行的全程建模為自由段，這忽略了主動段所引起的發(fā)射點估計偏差，導致估計 結果偏差較大。

【發(fā)明內容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置、基于模型 修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置方法，綜上所述，現有彈道目標發(fā)射點估計方法在數據平 滑/濾波精度，彈道目標定軌和外推，主動段引起的估計偏差等方面還要進一步改進。因 此，本發(fā)明提出的一種基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置及其方法具有及其重要的 意義。
[0014] 本發(fā)明的解決方案是：一種基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計裝置，其包括：
[0015] 點跡數據預處理模塊，所述點跡數據預處理模塊用于對點跡數據進行預處理，雷 達量測點跡數據為z= {Zi，…，zk};
[0016] 時間逆序處理模塊，其用于對雷達量測點跡數據Z= {Zl，…，zk}進行時間逆序處 理，轉換為z' = {zk,zki，…，zj，并去除時間重復的點跡數據；
[0017] 反向濾波處理模塊，其用于對雷達量測點跡的時間逆序數據Z' = {zk，zkl，… ，zj，利用基于彈道目標運動方程進行反向濾波處理；
[0018] 反向軌道外推計算模塊，其用于利用反向濾波的估計值，采用基于彈道目標運 動方程的龍格庫塔4階方法進行反向軌道外推計算，得到反向軌道外推結果Xla_h = <X1;Y1;Z1>ecef；
[0019] 發(fā)射點位置計算模塊，其用于計算彈道目標發(fā)射點位置，利用xla_h = 〈Xi，Yi，ZAd從地心地固坐標系下轉換到WGS84地心坐標系<Li，Bi，氏> ;
[0020] 正向濾波處理模塊，其用于對雷達量測點跡數據Z= {Zl，…，zk}，利用基于彈道目 標運動方程進行正向濾波處理；
[0021] 正向軌道外推計算模塊，其用于利用正向濾波的估計值，采用基于彈道目標 運動方程的4階龍格庫塔方法進行正向軌道外推，得到正向軌道外推結果X_art = 〈父2,Y2,Z2>ecef;
[0022] 最大飛行高度和射程計算模塊，其用于計算彈道目標最大飛行高度和射程，通過 X]_aunch〈X1，Y]_，Z]_〉ecef和Ximpac1：〈X2,Y2,Z2>_f統(tǒng)計得出彈道目標的最大飛行高度H_，計 算彈道目標落點估計位置，將從地心地固坐標系下轉換到WGS84地心坐標系<L2,B2,H2>，通 過發(fā)射點估計位置Xla_h=〈XuI，Zi>_f和落點估計位置Xinipart=〈X2,Y2,Z2>_f，計算出彈 道目標的射程D;
[0023] 模型偏差查詢模塊，其用于通過彈道目標最大飛行高度和射程D到彈道目標 發(fā)射點模型偏差數據庫中查詢模型偏差AX;
[0024] 模型偏差修正模塊，其用于利用基于模型偏差修正發(fā)射點方法計算修正后的彈道 目 發(fā)射點置〈Liaun(：h，Biaun(：h，Hiaun(：h〉。
[0025] 本發(fā)明還提供一種基于模型修正的彈道目標發(fā)射點估計方法，其包括以下步驟：
[0026] 步驟201，雷達量測點跡數據為Z={Zl，…，zk}，對點跡數據進行預處理；
[0027] 步驟202,對雷達量測點跡數據Z= {Zl，…，zj進行時間逆序處理，轉換為Z' = {zk,zki，…，zj，并去除時間重復的點跡數據；
[0028] 步驟203,對雷達量測點跡的時間逆序數據Z' = {zk，zki，…，zj，利用基于彈道目 標運動方程進行反向濾波處理；
[0029] 步驟204,利用反向濾波的估計值，采用基于彈道目標運動方程的龍格庫塔4階方 法進行反向軌道外推計算，得到反向軌道外推結果Xlaum:h=〈XYi,ZAd;
[0030] 步驟205,計算彈道目標發(fā)射點位置，利用Xlaunch=〈Xi，YuZiU人地心地固坐標 系下轉換到WGS84地心坐標系〈LdBy氏> ;
[0031] 步驟206,對雷達量測點跡數據Z= {Zl，…，zk}，利用基于彈道目標運動方程進行 正向濾波處理；
[0032] 步驟207,利用正向濾波的估計值，采用基于彈道目標運動方程的4階龍格庫塔方 法進行正向軌道外推，得到正向軌道外推結果Xini_t=〈X2,Y2,Z2>_f;
[0033] 步驟208,計算彈道目標最大飛行高度和射程，通過Xlaunch=〈Xi，I，和Xinipact =<X2,Y2,Z2>_f統(tǒng)計得出彈道目標的最大飛行高度H_，計算彈道目標落點估計位置，將 從地心地固坐標系下轉換到WGS84地心坐標系<L2,B2,H2>，通過發(fā)射點估計位置Xlaunch = 〈&，I，ZAd和落點估計位置Xini_=〈X2,Y2,Z2>_f，計算出彈道目標的射程D;
[0034] 步驟209,通過彈道目標最大飛行高度H_和射程D到彈道目標發(fā)射點模型偏差數 據庫中查詢模型偏差AX;
[0035] 步驟210,利用基于模型偏差修正發(fā)射點方法計算修正后的彈道目標發(fā)射點位置 〈^launch，Blaunch，Hiaunch〉。
[0036] 作為上述方案的進一步改進，反向濾波處理與正向濾波處理均采用不敏濾波算 法。
[0037] 優(yōu)選地，步驟203與步驟206中基于彈道目標運動方程的不敏濾波方法包括以下 步驟：
[0038] -、假定目標的狀態(tài)向量為X=[x,y，z大SvtP]，彈道導彈的運動模型為：
[0039]
公式 9，
[0040] 其中P(h) =pQekh為地球大氣密度函數，其中P。= 1. 22kg/m3,k= 0? 14141X10i1，h為目標的海拔高度；為彈道系數；ys= 3. 986005X10 14m3/s2為地球 萬有引力常量：《= 7. 292116X10 5rad/s為地球自轉 速度；
[0041] 二、雷達測量模型h為：
[0042]
公式 10，
[0043] 假定雷達量測數據的噪聲S為不相關的零均值高斯白噪聲，其中距離噪聲的方 差為Op方位角噪聲的方差為〇。，仰角噪聲的方差為〇P;
[0044] 三、目標的狀態(tài)向量為1^土纟',邱]，0為彈道系數，則狀態(tài)向量維數1^ = 7，不敏 濾波的處理過程為：首先利用不敏變換生成采樣點，采用常用的標準對稱采樣方法，在目標 的運動模型和雷達量測模型是非線性函數，且目標在k_l時刻的估計均值為和Pk1/k : 時，選擇2L+1 = 15個采樣點按式11計算：
[0045]
公 式11，
[0046] 其中入=a2(L+k)為比例參數，作為控制采樣點到均值的距離；一般取a= 0. 5 ；k= 3-L；y= 2 ;式中+ 2)Pkn),.為(L+人）PklA丨均方根矩陣的第i行；
[0047] 對時刻k狀態(tài)的一部提前預測，計算目標狀態(tài)預測：
[0048]
公式 12,xk/k1=f(xk/kk-1)公式 13 ;
[0049] 計算目標預測協方差矩陣：
[0050]
公式 14 ;
[0051] 計算時刻k量測的預測：

[0064] 作