多拦截器协同覆盖临近空间高超声速目标中制导弹道生成

In order to deal with the challenges that the trajectory of the near space hypersonic target is difficult to precisely track and predict, and that the interceptors seekers can hardly capture the target at the handover moment between the midcourse and the terminal guidance, the idea of cooperative coverage based multiple interceptors midcourse trajectory generation is innovatively proposed. Firstly, the multi-source information asynchronous fusion and heterogeneous fusion should be analyzed. The online filter algorithm with high precision which could precisely track the hypersonic target should be designed to estimate the future target motion states based on the current tracking model. The target high probability region (HPR) based on the probability description function (PDF) should be established.Secondly, the multiple interceptors seekers capture model should be explored. The cooperative detection algorithm should be designed based on the seeker detection range to effectively cover the target HPR. The cooperative coverage algorithm should be considered where the target HPR may change due to the updated detection information. Thirdly, the individual interceptor midcourse trajectory should be designed based on the detection range to satisfy the constraints and optimality index. The multiple interceptors cooperative midcourse trajectory modification and regeneration mechanism should be designed in cases where the seeker detection region evolves. This project aims to offer theoretical instructions and technological supports for the interceptors seekers cooperative coverage at the handover moment and the midcourse trajectory generation, and improve air and space defensive capabilities.

为应对临近空间高超声速目标轨迹难以精确跟踪与预测，多拦截器导引头在中末制导交接班时刻难以有效捕获目标的挑战，本项目创新性提出了基于协同覆盖理论的多拦截器中制导弹道生成的研究思路。首先，研究多源信息的异步融合以及异类融合机制，设计高精度实时滤波算法，对目标轨迹进行精确跟踪，基于当前跟踪模型对目标未来状态进行估计，建立概率密度函数描述的高概率存在区域；其次，探索导引头捕获模型，根据导引头探测区域设计协同算法，对目标高概率存在区域进行覆盖，并在高概率存在区域变化情况下设计协同覆盖算法；然后，根据各个导引头需要覆盖的区域，设计拦截器的中制导弹道，确保满足相应的约束条件以及最优性指标，并设计探测区域变化条件下多拦截器中制导段协同弹道修正与重生成机制。本项目研究旨在为反高超声速目标拦截器交接班时刻导引头协同覆盖与中制导段弹道生成提供理论指导和技术支持，对提升空天防御能力具有重要理论意义与实用价值。

项目以多拦截器协同覆盖高超声速目标的高概率存在区域为研究对象，创新性地提出了基于协同覆盖理论的多拦截器协同中制导弹道生成与修正方法，主要研究了以下三部分内容：（1）为了对高超声速目标的运动轨迹进行准确预测，项目研究了非精确多源信息支援条件下高超声速目标轨迹跟踪与预测方法。首先，为了提高对目标的探测精度，项目基于多种异构探测器设计了一种多源信息融合算法，实现了高精度的探测信息融合；其次，在多源探测信息融合条件下，项目提出了一种基于气动参数建模的高超声速目标跟踪算法，在目标的多种机动模式下均保证了较高的跟踪精度；再次，针对不同机动模式下的目标轨迹，提出了一种基于机动模式辨识的目标轨迹智能预测方法，实现了对高超声速目标运动轨迹的准确预测；最后，根据预测的目标轨迹建立了概率密度函数描述的目标高概率存在区域模型，为多拦截器协同弹道生成与修正的研究提供了输入条件。（2）为了保证多拦截器在导引头开机时能够准确捕获目标，项目研究了多拦截器对目标高概率存在区域的协同覆盖策略。首先，通过分析典型高超声速目标的弹道特点和作战样式，针对性地设计了拦截器的拦截方案；其次，结合高抛再入式的拦截弹道，确定了拦截器的基本构型，并基于此建立了拦截器的六自由度数学模型以及导引头探测视场模型；最后，为了解决单枚拦截器导引头探测能力受限问题，创新性地提出了多拦截器对目标高概率存在区域的协同覆盖策略，实现了多拦截器导引头开机即截获目标。（3）为了使多拦截器顺利完成协同中末制导交接班，项目研究了多拦截器协同弹道生成与修正方法。首先，针对拦截器中制导弹道的快速生成问题，提出了一种改进自适应hp伪谱法，提高了传统自适应hp方法的弹道优化效率，为多拦截器协同弹道生成提供了算法支撑；其次，提出了一种基于网格点分布函数的网格迭代规则，实现了面向协同中末制导交接班条件的多拦截器协同弹道优化；最后，针对目标高概率存在区域发生变动的情形，提出了一种多拦截器协同弹道在线修正方法，保证了多拦截器能够针对变化后的目标高概率存在区域及时修正弹道，进而成功实现中末制导交接班。