实用探测制导系统数据处理教程PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 数据处理在典型低空防空导弹武器系统中的应用简介 1

1.1.1 作战任务与系统组成 2

1.1.2 作战过程与计算机软件的应用 3

1.1.3 目标探测雷达计算机系统及其软件的体系结构 4

1.1.4 导弹制导雷达计算机系统及其软件的体系结构 6

1.2 数据处理在弹上末制导探测系统中的应用简介 8

1.2.1 典型战术弹道导弹的威胁及其目标特性 8

1.2.2 高精度弹目相对运动参数的最优状态估计 9

1.2.3 正弦机动最优制导律实现所需目标参数的获取 11

1.2.4 弹目接近加速度鲁棒H∞滤波器设计 12

1.2.5 数据处理算法在制导控制计算机系统软件与硬件上的实现 13

1.3 本书各章节简介 13

参考文献 14

第2章 线性系统滤波的基本理论 15

2.1 卡尔曼滤波基本理论 15

2.1.1 维纳－霍泊甫方程和线性无偏最小方差估计 15

2.1.2 时间连续的卡尔曼滤波 17

2.1.3 时间离散的卡尔曼滤波 20

2.2 维纳滤波、平稳卡尔曼滤波及其相互关系 26

2.2.1 多维维纳滤波 26

2.2.2 平稳卡尔曼滤波 30

2.2.3 平稳卡尔曼滤波与维纳滤波的关系 32

2.2.4 采用均匀分布目标机动模型的三阶跟踪滤波器 37

2.3 线性系统的状态方程描述及其伴随系统 39

2.3.1 线性系统的纯量微分方程描述 39

2.3.2 确定变参数线性系统传递函数的近似方法 41

2.3.3 慢变参数系统脉冲响应函数的近似求法 44

2.3.4 线性系统的状态方程描述 48

2.3.5 齐次和非齐次向量微分方程的解与脉冲响应矩阵 50

2.3.6 线性系统的伴随（对偶）系统 51

2.4 卡尔曼滤波的可观测性、可控性和误差分析 54

2.4.1 线性系统的可观测性和可控性 54

2.4.2 线性系统滤波器的稳定性 60

2.4.3 线性系统滤波器的误差特性 64

2.4.4 滤波器的真实发散和误差补偿技术 67

2.5 调节卡尔曼滤波的协方差矩阵Q和R 72

参考文献 73

第3章 卡尔曼滤波模型的推广及其在探测系统中的应用 75

3.1 线性卡尔曼滤波模型的推广 75

3.1.1 引言 75

3.1.2 有作用力的系统 75

3.1.3 关于噪声模型 77

3.2 雷达常用的几种跟踪飞机的运动模型及其滤波器 82

3.2.1 连续时间系统的连续描述与离散描述的关系 82

3.2.2 常速度模型和常加速度模型及其常增益滤波器的参数制约关系 83

3.2.3 建立在CV、CA模型上的α－β、α－β－γ滤波器的性能分析 88

3.3 10阶库金积分表 106

3.4 引入速度量测的二阶滤波器的稳态性能分析 109

参考文献 112

第4章 机动目标跟踪 113

4.1 引言 113

4.2 新息序列的基本性质 113

4.3 单模型方法 116

4.3.1 相关噪声模型——Singer模型 116

4.3.2 机动目标的截断正态概率密度模型 127

4.4 串行多模型方法 136

4.4.1 调整过程噪声的方法 136

4.4.2 输入估计方法 136

4.4.3 变维数滤波方法 137

4.4.4 检测及状态自适应调整滤波器 140

4.4.5 修正的常增益自适应滤波方法 146

4.5 并行多模型方法 152

4.5.1 方法描述 152

4.5.2 静态多模型估计器 152

4.5.3 动态多模型估计器 153

4.5.4 GPB1多模型估计器（切换模型） 155

4.5.5 GPB2多模型估计器（切换模型） 156

4.5.6 交互式多模型估计器（IMM） 158

4.6 多模型自适应估计 161

4.6.1 目标正弦机动跟踪的三态卡尔曼滤波器 162

4.6.2 目标正弦机动跟踪的四态卡尔曼滤波器 162

4.6.3 包含目标机动频率状态的五态卡尔曼滤波器 163

4.6.4 卡尔曼滤波器组的目标机动频率估计方法 164

4.7 小结 165

思考题 166

参考文献 166

第5章 卡尔曼滤波器在非线性系统中的应用 167

5.1 引言 167

5.2 近似高斯化的卡尔曼滤波算法 167

5.2.1 扩展卡尔曼滤波与弹道系数估计 167

5.2.2 转换观测卡尔曼滤波 182

5.2.3 无迹卡尔曼滤波 185

5.3 EKF在相控阵雷达目标跟踪中的应用实例 187

5.3.1 坐标系、测量模型及状态模型 187

5.3.2 混合坐标系下EKF滤波和UKF滤波 189

5.3.3 笛卡儿坐标系下的CMKF滤波 189

5.4 非高斯分布的直接估计（粒子滤波） 190

5.5 转换测量卡尔曼滤波及扩展卡尔曼滤波有关公式推导 191

5.5.1 真实偏差和协方差 191

5.5.2 平均偏差和协方差 196

5.5.3 球坐标系下对应的扩展卡尔曼滤波（EKF） 201

5.5.4 阵面余弦量测和阵面直角滤波 202

5.6 小结 204

思考题 204

参考文献 205

第6章 复杂战场环境下的目标跟踪 206

6.1 引言 206

6.2 测量的证实 206

6.3 干扰环境中的单目标跟踪 207

6.3.1 最近邻域滤波法（NNF） 207

6.3.2 概率数据关联滤波器（PDAF） 208

6.4 干扰环境下的多目标跟踪 211

6.5 模糊子集理论在多目标跟踪中的应用 213

6.5.1 模糊最小方差估计 213

6.5.2 多目标跟踪的模糊滤波算法 214

6.5.3 模糊关系矩阵和隶属矩阵 216

6.5.4 仿真实验结果 217

6.6 编队飞行目标群的跟踪逻辑 217

6.6.1 问题的提出 217

6.6.2 群目标数据处理系统的逻辑功能 218

6.7 运动载体环境下的目标跟踪问题 224

6.7.1 舰载雷达跟踪问题概述 224

6.7.2 参照系及坐标系 225

6.7.3 相对速度与相对加速度的推导 229

6.7.4 舰载雷达跟踪系统框图和仿真试验 231

6.8 小结 233

思考题 234

参考文献 234

第7章 相控阵雷达中的数据处理技术 235

7.1 稠密多目标航迹初始化方法 235

7.1.1 分群处理 235

7.1.2 航迹初始化 237

7.1.3 一个工程应用实例 239

7.2 相控阵雷达工作方式的调度策略 241

7.2.1 概述 241

7.2.2 影响调度策略的主要因素 241

7.2.3 自适应调度策略 243

7.2.4 调度程序的设计方法 244

7.2.5 仿真实验结果 248

7.3 专家系统及其在相控阵雷达数据处理系统中的应用 248

7.3.1 专家系统发展概况 249

7.3.2 专家系统的研究对象和结构 249

7.3.3 一个相控阵雷达工作方式调度的专家系统——SOMPAR专家系统 250

7.3.4 人工智能及其在相控阵雷达数据处理系统中的应用 253

7.4 一个简单的相控阵雷达系统仿真实例 254

7.4.1 目标运动模型的仿真 254

7.4.2 测量过程的仿真 256

7.4.3 跟踪滤波及航迹管理 260

7.4.4 噪声协方差矩阵R（k）与初始协方差矩阵P（0/0）的计算 265

7.5 小结 270

思考题 271

参考文献 271

第8章 卡尔曼滤波在末制导探测系统中的应用 272

8.1 末制导探测系统总体设计 272

8.1.1 关于比例导引制导律指令加速度的方向 272

8.1.2 改进比例导引制导律问题的提出 273

8.1.3 对目标机动和弹体动力学滞后进行补偿的必要性 273

8.1.4 一阶最优制导律 276

8.1.5 二次型性能指标的最优制导律的重要通式 277

8.2 一阶最优制导律的四种推导方法 277

8.2.1 应用极小值原理推导一阶动力学最优制导律 278

8.2.2 应用柯西不等式推导一阶动力学最优制导律 283

8.2.3 应用Rusnak方法推导一阶动力学最优制导律 284

8.2.4 应用数值方法推导一阶动力学最优制导律 287

8.2.5 关于零控脱靶量 287

8.3 三回路自动驾驶仪的设计与应用 291

8.3.1 线性化气动传递函数 291

8.3.2 三回路自动驾驶仪的增益的解析求法 293

8.3.3 三回路自动驾驶仪增益的极点配置法 293

8.3.4 三回路自动驾驶仪设计小结 295

8.4 导引头跟踪解耦性能的设计与应用 297

8.4.1 探测器模型 297

8.4.2 导引头参数对稳定性的影响 300

8.4.3 解耦方案 301

参考文献 303

第9章 末制导探测制导总体设计与状态估计 304

9.1 一阶最优制导律的实现与仿真 304

9.1.1 目标跟踪状态模型 305

9.1.2 剩余飞行时间的计算 317

9.1.3 目标机动加速度的主辅滤波器估计算法 320

9.1.4 最优制导律的实现与仿真 321

9.2 高阶最优制导律及其滤波实现研究 322

9.2.1 对应二阶飞控系统的最优制导律 322

9.2.2 对应三阶飞控系统的最优制导律 324

9.2.3 对应四阶系统的最优制导律 327

9.2.4 单边最优制导律小结 327

9.3 末制导探测系统仿真试验设计 328

9.3.1 基于脱靶量的末制导控制精度建模与验模 328

9.3.2 基于导引头天线罩的末制导探测建模与验模 328

9.3.3 状态估计滤波器对末制导性能影响的仿真分析与评估 328

9.3.4 小结 329

思考题 329

参考文献 329

附录A 线性系统和非线性系统滤波理论习题及解答 330

附录B 国际标准大气参数表（0～91 km） 374

附录C 国际单位制的基本单位 378

附录D MATLAB基础 379

附录E 分贝转换表 381

附录F 拉普拉斯变换的基本性质 382

附录G 常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表 387

附录H 雷达频段表 388