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机动弹道预报方法研究 Research on Prediction Method of Maneuvering Trajectory 指导老师：xxx 学生：xxx 目录 研究背景 研究目标 工作内容 总结展望 1 研究背景 2 随着弹道导弹技术的发展，导弹的机动能力得到提升。这就使得研究反弹道导弹技术变成一个重要的课题。而即时弹道预报是反弹道导弹的关键技术。 3 在仅给定发射点坐标和目标点位置的条件下。应用状态转移矩阵（STM）预报方法，对弹道导弹进行弹道预报。然后根据预报得到的弹道，对预报弹道进行弹道拦截。 研究目标 研究内容 4 研究目标 状态转移矩阵（STM） 本文用到的状态转移矩阵实际上是弹道导弹最终落点位置坐标对初始速度状态向量的一个敏感系数矩阵。简单来说，就是初始状态向量的变化对最终落点的影响系数矩阵 5 研究目标 STM的求解 STM的求解方法： 数值法 解析法 解析法是利用求得的解析式根据前述的公式求偏导。但考虑到问题的复杂性，论文使用的是数值法。 6 研究目标 STM的求解 前面提到STM就是初始速度向量对落点位置的影响系数。 那么我们就对初始速度向量进行小偏差改动，然后计算这个小偏差改动后最终落点坐标的改动。下式描述了这个小偏差改动： 建立拦截弹质点模型 圆球地球、自转、大气情况下弹道式目标弹道预报 考虑主动段有推力情况下弹道式目标弹道预报 7 工作内容 平面地球、无阻力、无自转情况下弹道式目标弹道预报 预测命中点估算 拦截仿真分析 工作步骤 8 研究目标 模型建立 弹道导弹： 本论文建模使用的导弹外形参数的原型为印度烈火-3弹道导弹 拦截弹 ： 本论文建模使用的拦截弹外形参数的原型为THAAD拦截弹 9 工作内容 预报仿真流程图 落点偏差 速度修正值 10 二维坐标系 工作内容 平面地球、无阻力、无自转 11 二维坐标系 工作内容 平面地球、无阻力、无自转 随着循环次数的不断增加，落点偏差的值不断减小。 偏差值越大，偏差值变化曲线的斜率的绝对值也越大。 该曲线类似于对数函数曲线 12 二维坐标系 工作内容 平面地球、无阻力、无自转 偏差约束值越大，迭代次数越小。随着偏差约束值的增大，迭代次数逐渐减小。 偏差约束值越小，迭代次数减小的趋势越明显，从曲线上看就是斜率绝对值较大。该曲线类似于对数函数曲线 13 三维坐标系 工作内容 圆球地球、有阻力、主动段有推力 14 三维坐标系 工作内容 圆球地球、有阻力、主动段有推力 曲线的变化趋势与二维情况下类似 15 预报综合分析 工作内容 综合了二维模型的简单情况以及三维模型的复杂状态下的建模计算结果，我们得到下面的结论： 在弹道预报过程中，随着迭代次数的不断增加，落点偏差减小，并且这种减小趋势在落点偏差大的情况下更为明显。 偏差约束值对迭代次数的影响极为明显，具体表现在随着偏差约束的增大，迭代次数不断减小。 三维落点偏差约束较二维更为困难。 16 拦截仿真 工作内容 我们在获得弹道导弹的预估弹道之后考虑对其进行拦截，我们需要对拦截命中点进行的预估。在得到预测命中点之后，我们将择机发射拦截弹。 考虑到使用的拦截弹是THAAD，该系统的拦截高度在40~150km之间。为了符合拦截弹的实际使用情况，我们预定在导弹弹道高度约为60km时对其进行拦截。 17 预测命中点更新 工作内容 拦截分析 工作内容 18 通过拦截程序我们得到最终的拦截点： 弹道导弹到达该点的时间为发射后270秒，弹道高度趋近于57km 拦截 工作内容 19 拦截程序使用比例导引法，比例系数取2.0。我们以拦截弹的发射点为原点，以过拦截弹与预测命中点之间连线的垂面为坐标平面建立拦截坐标系。不考虑地球自转与大气阻力，将地球视为平面。 拦截分析 工作内容 20 通过上述拦截仿真计算分析我们发现： 拦截弹起飞发射100.3166秒后拦截来袭弹道导弹。 拦截系统至少要在270-100.3166=169.6834秒前发现来袭目标并发射拦截弹。 方法改进 总结展望 21 查阅文献发现一种与本文不同的预报弹道的方法。具体步骤如下： 1. 计算参考弹道 2. 弹道方程关于参考弹道线化——STM 3. 计算每时刻的小扰动偏差——实际弹道 4. 其余的落点偏差约束与速度修正方法与本文使用的方法完全一致。 本文曾经对该方法进行了尝试，编写出数千行弹道预报程序。然而由于时间关系，最终的调试结果不甚理想。仅仅初步达到了预报的功能，但是结果有较大的误差。这可以作为未来的一个研究的方向。 谢谢聆听！ Thanks for listening！