基于轨迹跟踪预测的反HTV2中制导研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.04.008

摘要/Abstract

摘要：

针对具有高速、高机动性能的HTV2（hypersonic technology vehicle 2）目标，对采用直接碰撞拦截策略拦截弹的中制导进行了研究，给出了一种基于轨迹跟踪预测的中制导算法。该中制导算法首先使用自适应网格交互式多模型（adaptive grid interactive multi-model，AGIMM）滤波器对目标轨迹进行稳定跟踪，获取目标运动信息。之后使用基于遗忘因子的最小二乘法对目标进行轨迹预测，获取目标预测交班点处的运动状态。最后，将预测交班点处的目标状态量作为中制导约束，并使用高斯伪谱法计算最优中制导指令。使用该中制导算法对HTV2目标进行了拦截仿真，仿真结果证明了该算法的有效性。

关键词: HTV2目标, 最优中制导, 目标轨迹跟踪, 目标轨迹预测, 高斯伪谱法, 自适应网格, 交互式多模型, 最小二乘法

Abstract:

Aiming at HTV2 （hypersonic technology vehicle 2） targets with high speed and high maneuverability， the midcourse guidance of interceptor missile using hit-to-kill intercept strategy is studied， and a midcourse guidance algorithm based on trajectory tracking and prediction is presented. An adaptive grid interactive multi-mode （AGIMM） filter is used to track the target trajectory stably. The least square method based on forgetting factor is used to predict the trajectory of the target， and the motion state at the predicted handover point is obtained. The target state variables at the predicted handover point are used as midcourse guidance constraint， and the optimal midcourse guidance law is calculated by Gaussian pseudo-spectral method. The interception simulation of HTV2 target is carried out using the proposed midcourse guidance algorithm， and the simulation results prove the effectiveness of the algorithm.

Key words: hypersonic technology vehicle 2（HTV2） target, optimal midcourse guidance, target trajectory tracking, target trajectory prediction, Gaussian pseudo-spectral method, adaptive grid, interactive multi-model, least square method

中图分类号:

TJ765

孙雪琪, 张锐. 基于轨迹跟踪预测的反HTV2中制导研究[J]. 现代防御技术, 2022, 50(4): 62-72.

Xue-qi SUN, Rui ZHANG. Research on Midcourse Guidance for Intercepting HTV2 Based on Trajectory Tracking and Prediction[J]. Modern Defense Technology, 2022, 50(4): 62-72.

图/表 20

图1 HTV2常值攻角下的跳跃滑翔弹道

Fig. 1 HTV2 jump glide trajectory under constant angle of attack

图2 HTV2侧向摆动机动弹道图

Fig. 2 HTV2 lateral swing maneuver trajectory diagram

图3 基于轨迹跟踪预测的拦截弹中制导算法

Fig. 3 Midcourse guidance algorithm of interceptor missile based on trajectory tracking prediction

图4 y向加速度滤波估计

Fig. 4 y-direction acceleration estimation by filtering

图5 y向位置滤波跟踪

Fig. 5 y-direction position estimation by filtering

图6 y向速度滤波跟踪

Fig. 6 y-direction velocity estimation by filtering

表1 各滤波算法的RMSE比较

Table 1 RMSE comparison of filtering algorithms

滤波算法

y向位置/m

y向速度

/（ $m ? s - 1$ ）

y向加速度/（

m ? s - 2

表1 各滤波算法的RMSE比较

Table 1 RMSE comparison of filtering algorithms

滤波算法

y向位置/m

y向速度

/（ $m ? s - 1$ ）

y向加速度/（

m ? s - 2

）

AGIMM

180.34

93.46

0.98

IMMKF

13 642.54

133.05

5.02

249.31

123.55

1.25

图7 目标弹道倾角预测值与真实值对比图

Fig. 7 Comparison diagram of predicted and real target trajectory

图8 目标弹道偏角预测值与真实值对比图

Fig. 8 Comparison diagram of predicted and real target trajectory inclination angle

图9 目标速度预测值与真实值对比图

Fig. 9 Comparison diagram of predicted and real target trajectory deviation angle

表2 目标预测值与真实值误差平均值

Table 2 Average value of the error between the predicted value and the true value

弹道倾角预测误差/（°）	弹道偏角预测误差/（°）	目标速度预测误差/（ $m ? s - 1$ ）
-5.09	-0.000 305	4.96

表2 目标预测值与真实值误差平均值

Table 2 Average value of the error between the predicted value and the true value

弹道倾角预测误差/（°）	弹道偏角预测误差/（°）	目标速度预测误差/（ $m ? s - 1$ ）
-5.09	-0.000 305	4.96

图10 拦截弹道仿真图

Fig. 10 Intercept trajectory simulation diagram

图11 蒙特卡罗仿真脱靶量

Fig. 11 Monte Carlo results of miss distance

表3 100次蒙特卡罗打靶统计结果

Table 3 Monte Carlo shooting statistics

最小脱靶

量/m

最大脱靶

量/m

图12 目标攻角变化时对应拦截弹道簇

Fig. 12 Intercept ballistic cluster when the target angle of attack changes

图13 目标攻角变化对应拦截弹弹道倾角变化图

Fig. 13 Interceptor inclination angle diagram when the target angle of attack changes

图14 目标攻角变化对应拦截弹弹道偏角变化图

Fig. 14 Interceptor deflection angle diagram when the target angle of attack changes

图15 不同侧向机动时机对应拦截弹道簇

Fig. 15 Different lateral maneuver timing lead to interceptor trajectory cluster

图16 侧向机动时对应拦截弹道倾角变化

Fig. 16 lateral maneuver lead to the change of the interceptor inclination angle

图17 侧向机动时对应拦截弹道偏角变化

Fig. 17 Lateral maneuver lead to the change of the interceptor deflection angle

参考文献 16

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