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實用探測制導系統數據處理教程 版權信息
- ISBN：9787121358098
- 條形碼：9787121358098 ; 978-7-121-35809-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
實用探測制導系統數據處理教程 本書特色
本書主要介紹探測制導系統的數據處理方法和基本理論，闡述了線性系統濾波的基本理論及其在工程實際應用中需要注意研究和解決的問題。全書共9章和8個附錄，正文內容具體包括緒論、線性系統濾波的基本理論、卡爾曼濾波模型的推廣及其在探測系統中的應用、機動目標跟蹤、卡爾曼濾波器在非線性系統中的應用、復雜戰場環境下的目標跟蹤、相控陣雷達中的數據處理技術、卡爾曼濾波在末制導探測系統中的應用、末制導探測制導總體設計與狀態估計；附錄內容具體包括線性系統和非線性系統濾波理論習題及解答、國際標準大氣參數表、國際單位制的基本單位、MATLAB基礎、分貝轉換表、拉普拉斯變換的基本性質、常用函數的拉普拉斯變換和Z變換表、雷達頻段表。
實用探測制導系統數據處理教程 內容簡介
本書主要介紹探測制導系統的數據處理方法和基本理論，闡述了線性系統濾波的基本理論及其在工程實際應用中需要注意研究和解決的問題。全書共9章和8個附錄，正文內容具體包括緒論、線性系統濾波的基本理論、卡爾曼濾波模型的推廣及其在探測系統中的應用、機動目標跟蹤、卡爾曼濾波器在非線性系統中的應用、復雜戰場環境下的目標跟蹤、相控陣雷達中的數據處理技術、卡爾曼濾波在末制導探測系統中的應用、末制導探測制導總體設計與狀態估計；附錄內容具體包括線性系統和非線性系統濾波理論習題及解答、靠前標準大氣參數表、靠前單位制的基本單位、MATLAB基礎、分貝轉換表、拉普拉斯變換的基本性質、常用函數的拉普拉斯變換和Z變換表、雷達頻段表。
實用探測制導系統數據處理教程 目錄
第1章 緒論 1
1.1 數據處理在典型低空防空導彈武器系統中的應用簡介 1
1.1.1 作戰任務與系統組成 2
1.1.2 作戰過程與計算機軟件的應用 3
1.1.3 目標探測雷達計算機系統及其軟件的體系結構 4
1.1.4 導彈制導雷達計算機系統及其軟件的體系結構 6
1.2 數據處理在彈上末制導探測系統中的應用簡介 8
1.2.1 典型戰術彈道導彈的威脅及其目標特性 8
1.2.2 高精度彈目相對運動參數的*優狀態估計 9
1.2.3 正弦機動*優制導律實現所需目標參數的獲取 11
1.2.4 彈目接近加速度魯棒 濾波器設計 12
1.2.5 數據處理算法在制導控制計算機系統軟件與硬件上的實現 13
1.3 本書各章節簡介 13
參考文獻 14
第2章 線性系統濾波的基本理論 15
2.1 卡爾曼濾波基本理論 15
2.1.1 維納-霍泊甫方程和線性無偏*小方差估計 15
2.1.2 時間連續的卡爾曼濾波 17
2.1.3 時間離散的卡爾曼濾波 20
2.2 維納濾波、平穩卡爾曼濾波及其相互關系 26
2.2.1 多維維納濾波 26
2.2.2 平穩卡爾曼濾波 30
2.2.3 平穩卡爾曼濾波與維納濾波的關系 32
2.2.4 采用均勻分布目標機動模型的三階跟蹤濾波器 37
2.3 線性系統的狀態方程描述及其伴隨系統 39
2.3.1 線性系統的純量微分方程描述 39
2.3.2 確定變參數線性系統傳遞函數的近似方法 41
2.3.3 慢變參數系統脈沖響應函數的近似求法 44
2.3.4 線性系統的狀態方程描述 48
2.3.5 齊次和非齊次向量微分方程的解與脈沖響應矩陣 50
2.3.6 線性系統的伴隨（對偶）系統 51
2.4 卡爾曼濾波的可觀測性、可控性和誤差分析 54
2.4.1 線性系統的可觀測性和可控性 54
2.4.2 線性系統濾波器的穩定性 60
2.4.3 線性系統濾波器的誤差特性 64
2.4.4 濾波器的真實發散和誤差補償技術 67
2.5 調節卡爾曼濾波的協方差矩陣Q和R 72
參考文獻 73
第3章 卡爾曼濾波模型的推廣及其在探測系統中的應用 75
3.1 線性卡爾曼濾波模型的推廣 75
3.1.1 引言 75
3.1.2 有作用力的系統 75
3.1.3 關于噪聲模型 77
3.2 雷達常用的幾種跟蹤飛機的運動模型及其濾波器 82
3.2.1 連續時間系統的連續描述與離散描述的關系 82
3.2.2 常速度模型和常加速度模型及其常增益濾波器的參數制約關系 83
3.2.3 建立在CV、CA模型上的 、 濾波器的性能分析 88
3.3 10階庫金積分表 106
3.4 引入速度量測的二階濾波器的穩態性能分析 109
參考文獻 112
第4章 機動目標跟蹤 114
4.1 引言 114
4.2 新息序列的基本性質 114
4.3 單模型方法 117
4.3.1 相關噪聲模型——Singer模型 117
4.3.2 機動目標的截斷正態概率密度模型 128
4.4 串行多模型方法 137
4.4.1 調整過程噪聲的方法 137
4.4.2 輸入估計方法 137
4.4.3 變維數濾波方法 138
4.4.4 檢測及狀態自適應調整濾波器 141
4.4.5 修正的常增益自適應濾波方法 147
4.5 并行多模型方法 153
4.5.1 方法描述 153
4.5.2 靜態多模型估計器 153
4.5.3 動態多模型估計器 154
4.5.4 GPB1多模型估計器（切換模型） 156
4.5.5 GPB2多模型估計器（切換模型） 157
4.5.6 交互式多模型估計器（IMM） 159
4.6 多模型自適應估計 162
4.6.1 目標正弦機動跟蹤的三態卡爾曼濾波器 163
4.6.2 目標正弦機動跟蹤的四態卡爾曼濾波器 163
4.6.3 包含目標機動頻率狀態的五態卡爾曼濾波器 164
4.6.4 卡爾曼濾波器組的目標機動頻率估計方法 165
4.7 小結 166
思考題 167
參考文獻 167
第5章 卡爾曼濾波器在非線性系統中的應用 168
5.1 引言 168
5.2 近似高斯化的卡爾曼濾波算法 168
5.2.1 擴展卡爾曼濾波與彈道系數估計 168
5.2.2 轉換觀測卡爾曼濾波 183
5.2.3 無跡卡爾曼濾波 186
5.3 EKF在相控陣雷達目標跟蹤中的應用實例 188
5.3.1 坐標系、測量模型及狀態模型 188
5.3.2 混合坐標系下EKF濾波和UKF濾波 190
5.3.3 笛卡兒坐標系下的CMKF濾波 190
5.4 非高斯分布的直接估計（粒子濾波） 191
5.5 轉換測量卡爾曼濾波及擴展卡爾曼濾波有關公式推導 192
5.5.1 真實偏差和協方差 192
5.5.2 平均偏差和協方差 197
5.5.3 球坐標系下對應的擴展卡爾曼濾波（EKF） 202
5.5.4 陣面余弦量測和陣面直角濾波 203
5.6 小結 205
思考題 205
參考文獻 206
第6章 復雜戰場環境下的目標跟蹤 207
6.1 引言 207
6.2 測量的證實 207
6.3 干擾環境中的單目標跟蹤 208
6.3.1 *近鄰域濾波法（NNF） 208
6.3.2 概率數據關聯濾波器（PDAF） 209
6.4 干擾環境下的多目標跟蹤 212
6.5 模糊子集理論在多目標跟蹤中的應用 214
6.5.1 模糊*小方差估計 214
6.5.2 多目標跟蹤的模糊濾波算法 215
6.5.3 模糊關系矩陣和隸屬矩陣 217
6.5.4 仿真實驗結果 218
6.6 編隊飛行目標群的跟蹤邏輯 218
6.6.1 問題的提出 218
6.6.2 群目標數據處理系統的邏輯功能 219
6.7 運動載體環境下的目標跟蹤問題 225
6.7.1 艦載雷達跟蹤問題概述 225
6.7.2 參照系及坐標系 226
6.7.3 相對速度與相對加速度的推導 230
6.7.4 艦載雷達跟蹤系統框圖和仿真試驗 232
6.8 小結 234
思考題 235
參考文獻 235
第7章 相控陣雷達中的數據處理技術 236
7.1 稠密多目標航跡初始化方法 236
7.1.1 分群處理 236
7.1.2 航跡初始化 238
7.1.3 一個工程應用實例 240
7.2 相控陣雷達工作方式的調度策略 242
7.2.1 概述 242
7.2.2 影響調度策略的主要因素 242
7.2.3 自適應調度策略 244
7.2.4 調度程序的設計方法 245
7.2.5 仿真實驗結果 249
7.3 專家系統及其在相控陣雷達數據處理系統中的應用 249
7.3.1 專家系統發展概況 250
7.3.2 專家系統的研究對象和結構 250
7.3.3 一個相控陣雷達工作方式調度的專家系統——SOMPAR專家系統 251
7.3.4 人工智能及其在相控陣雷達數據處理系統中的應用 254
7.4 一個簡單的相控陣雷達系統仿真實例 255
7.4.1 目標運動模型的仿真 255
7.4.2 測量過程的仿真 257
7.4.3 跟蹤濾波及航跡管理 261
7.4.4 噪聲協方差矩陣R(k)與初始協方差矩陣P(0/0)的計算 266
7.5 小結 271
思考題 272
參考文獻 272
第8章 卡爾曼濾波在末制導探測系統中的應用 273
8.1 末制導探測系統總體設計 273
8.1.1 關于比例導引制導律指令加速度的方向 273
8.1.2 改進比例導引制導律問題的提出 274
8.1.3 對目標機動和彈體動力學滯后進行補償的必要性 274
8.1.4 一階*優制導律 277
8.1.5 二次型性能指標的*優制導律的重要通式 278
8.2 一階*優制導律的四種推導方法 278
8.2.1 應用極小值原理推導一階動力學*優制導律 279
8.2.2 應用柯西不等式推導一階動力學*優制導律 284
8.2.3 應用Rusnak方法推導一階動力學*優制導律 285
8.2.4 應用數值方法推導一階動力學*優制導律 288
8.2.5 關于零控脫靶量 288
8.3 三回路自動駕駛儀的設計與應用 292
8.3.1 線性化氣動傳遞函數 292
8.3.2 三回路自動駕駛儀的增益的解析求法 294
8.3.3 三回路自動駕駛儀增益的極點配置法 294
8.3.4 三回路自動駕駛儀設計小結 296
8.4 導引頭跟蹤解耦性能的設計與應用 298
8.4.1 探測器模型 298
8.4.2 導引頭參數對穩定性的影響 301
8.4.3 解耦方案 302
參考文獻 304
第9章 末制導探測制導總體設計與狀態估計 305
9.1 一階*優制導律的實現與仿真 305
9.1.1 目標跟蹤狀態模型 306
9.1.2 剩余飛行時間的計算 318
9.1.3 目標機動加速度的主輔濾波器估計算法 321
9.1.4 *優制導律的實現與仿真 322
9.2 高階*優制導律及其濾波實現研究 323
9.2.1 對應二階飛控系統的*優制導律 323
9.2.2 對應三階飛控系統的*優制導律 325
9.2.3 對應四階系統的*優制導律 328
9.2.4 單邊*優制導律小結 328
9.3 末制導探測系統仿真試驗設計 329
9.3.1 基于脫靶量的末制導控制精度建模與驗模 329
9.3.2 基于導引頭天線罩的末制導探測建模與驗模 329
9.3.3 狀態估計濾波器對末制導性能影響的仿真分析與評估 329
9.3.4 小結 330
思考題 330
參考文獻 330
附錄A 線性系統和非線性系統濾波理論習題及解答 331
附錄B 國際標準大氣參數表（0～91km） 375
附錄C 國際單位制的基本單位 379
附錄D MATLAB基礎 380
附錄E 分貝轉換表 382
附錄F 拉普拉斯變換的基本性質 383
附錄G 常用函數的拉普拉斯變換和Z變換表 388
附錄H 雷達頻段表 389
1.1 數據處理在典型低空防空導彈武器系統中的應用簡介 1
1.1.1 作戰任務與系統組成 2
1.1.2 作戰過程與計算機軟件的應用 3
1.1.3 目標探測雷達計算機系統及其軟件的體系結構 4
1.1.4 導彈制導雷達計算機系統及其軟件的體系結構 6
1.2 數據處理在彈上末制導探測系統中的應用簡介 8
1.2.1 典型戰術彈道導彈的威脅及其目標特性 8
1.2.2 高精度彈目相對運動參數的*優狀態估計 9
1.2.3 正弦機動*優制導律實現所需目標參數的獲取 11
1.2.4 彈目接近加速度魯棒 濾波器設計 12
1.2.5 數據處理算法在制導控制計算機系統軟件與硬件上的實現 13
1.3 本書各章節簡介 13
參考文獻 14
第2章 線性系統濾波的基本理論 15
2.1 卡爾曼濾波基本理論 15
2.1.1 維納-霍泊甫方程和線性無偏*小方差估計 15
2.1.2 時間連續的卡爾曼濾波 17
2.1.3 時間離散的卡爾曼濾波 20
2.2 維納濾波、平穩卡爾曼濾波及其相互關系 26
2.2.1 多維維納濾波 26
2.2.2 平穩卡爾曼濾波 30
2.2.3 平穩卡爾曼濾波與維納濾波的關系 32
2.2.4 采用均勻分布目標機動模型的三階跟蹤濾波器 37
2.3 線性系統的狀態方程描述及其伴隨系統 39
2.3.1 線性系統的純量微分方程描述 39
2.3.2 確定變參數線性系統傳遞函數的近似方法 41
2.3.3 慢變參數系統脈沖響應函數的近似求法 44
2.3.4 線性系統的狀態方程描述 48
2.3.5 齊次和非齊次向量微分方程的解與脈沖響應矩陣 50
2.3.6 線性系統的伴隨（對偶）系統 51
2.4 卡爾曼濾波的可觀測性、可控性和誤差分析 54
2.4.1 線性系統的可觀測性和可控性 54
2.4.2 線性系統濾波器的穩定性 60
2.4.3 線性系統濾波器的誤差特性 64
2.4.4 濾波器的真實發散和誤差補償技術 67
2.5 調節卡爾曼濾波的協方差矩陣Q和R 72
參考文獻 73
第3章 卡爾曼濾波模型的推廣及其在探測系統中的應用 75
3.1 線性卡爾曼濾波模型的推廣 75
3.1.1 引言 75
3.1.2 有作用力的系統 75
3.1.3 關于噪聲模型 77
3.2 雷達常用的幾種跟蹤飛機的運動模型及其濾波器 82
3.2.1 連續時間系統的連續描述與離散描述的關系 82
3.2.2 常速度模型和常加速度模型及其常增益濾波器的參數制約關系 83
3.2.3 建立在CV、CA模型上的 、 濾波器的性能分析 88
3.3 10階庫金積分表 106
3.4 引入速度量測的二階濾波器的穩態性能分析 109
參考文獻 112
第4章 機動目標跟蹤 114
4.1 引言 114
4.2 新息序列的基本性質 114
4.3 單模型方法 117
4.3.1 相關噪聲模型——Singer模型 117
4.3.2 機動目標的截斷正態概率密度模型 128
4.4 串行多模型方法 137
4.4.1 調整過程噪聲的方法 137
4.4.2 輸入估計方法 137
4.4.3 變維數濾波方法 138
4.4.4 檢測及狀態自適應調整濾波器 141
4.4.5 修正的常增益自適應濾波方法 147
4.5 并行多模型方法 153
4.5.1 方法描述 153
4.5.2 靜態多模型估計器 153
4.5.3 動態多模型估計器 154
4.5.4 GPB1多模型估計器（切換模型） 156
4.5.5 GPB2多模型估計器（切換模型） 157
4.5.6 交互式多模型估計器（IMM） 159
4.6 多模型自適應估計 162
4.6.1 目標正弦機動跟蹤的三態卡爾曼濾波器 163
4.6.2 目標正弦機動跟蹤的四態卡爾曼濾波器 163
4.6.3 包含目標機動頻率狀態的五態卡爾曼濾波器 164
4.6.4 卡爾曼濾波器組的目標機動頻率估計方法 165
4.7 小結 166
思考題 167
參考文獻 167
第5章 卡爾曼濾波器在非線性系統中的應用 168
5.1 引言 168
5.2 近似高斯化的卡爾曼濾波算法 168
5.2.1 擴展卡爾曼濾波與彈道系數估計 168
5.2.2 轉換觀測卡爾曼濾波 183
5.2.3 無跡卡爾曼濾波 186
5.3 EKF在相控陣雷達目標跟蹤中的應用實例 188
5.3.1 坐標系、測量模型及狀態模型 188
5.3.2 混合坐標系下EKF濾波和UKF濾波 190
5.3.3 笛卡兒坐標系下的CMKF濾波 190
5.4 非高斯分布的直接估計（粒子濾波） 191
5.5 轉換測量卡爾曼濾波及擴展卡爾曼濾波有關公式推導 192
5.5.1 真實偏差和協方差 192
5.5.2 平均偏差和協方差 197
5.5.3 球坐標系下對應的擴展卡爾曼濾波（EKF） 202
5.5.4 陣面余弦量測和陣面直角濾波 203
5.6 小結 205
思考題 205
參考文獻 206
第6章 復雜戰場環境下的目標跟蹤 207
6.1 引言 207
6.2 測量的證實 207
6.3 干擾環境中的單目標跟蹤 208
6.3.1 *近鄰域濾波法（NNF） 208
6.3.2 概率數據關聯濾波器（PDAF） 209
6.4 干擾環境下的多目標跟蹤 212
6.5 模糊子集理論在多目標跟蹤中的應用 214
6.5.1 模糊*小方差估計 214
6.5.2 多目標跟蹤的模糊濾波算法 215
6.5.3 模糊關系矩陣和隸屬矩陣 217
6.5.4 仿真實驗結果 218
6.6 編隊飛行目標群的跟蹤邏輯 218
6.6.1 問題的提出 218
6.6.2 群目標數據處理系統的邏輯功能 219
6.7 運動載體環境下的目標跟蹤問題 225
6.7.1 艦載雷達跟蹤問題概述 225
6.7.2 參照系及坐標系 226
6.7.3 相對速度與相對加速度的推導 230
6.7.4 艦載雷達跟蹤系統框圖和仿真試驗 232
6.8 小結 234
思考題 235
參考文獻 235
第7章 相控陣雷達中的數據處理技術 236
7.1 稠密多目標航跡初始化方法 236
7.1.1 分群處理 236
7.1.2 航跡初始化 238
7.1.3 一個工程應用實例 240
7.2 相控陣雷達工作方式的調度策略 242
7.2.1 概述 242
7.2.2 影響調度策略的主要因素 242
7.2.3 自適應調度策略 244
7.2.4 調度程序的設計方法 245
7.2.5 仿真實驗結果 249
7.3 專家系統及其在相控陣雷達數據處理系統中的應用 249
7.3.1 專家系統發展概況 250
7.3.2 專家系統的研究對象和結構 250
7.3.3 一個相控陣雷達工作方式調度的專家系統——SOMPAR專家系統 251
7.3.4 人工智能及其在相控陣雷達數據處理系統中的應用 254
7.4 一個簡單的相控陣雷達系統仿真實例 255
7.4.1 目標運動模型的仿真 255
7.4.2 測量過程的仿真 257
7.4.3 跟蹤濾波及航跡管理 261
7.4.4 噪聲協方差矩陣R(k)與初始協方差矩陣P(0/0)的計算 266
7.5 小結 271
思考題 272
參考文獻 272
第8章 卡爾曼濾波在末制導探測系統中的應用 273
8.1 末制導探測系統總體設計 273
8.1.1 關于比例導引制導律指令加速度的方向 273
8.1.2 改進比例導引制導律問題的提出 274
8.1.3 對目標機動和彈體動力學滯后進行補償的必要性 274
8.1.4 一階*優制導律 277
8.1.5 二次型性能指標的*優制導律的重要通式 278
8.2 一階*優制導律的四種推導方法 278
8.2.1 應用極小值原理推導一階動力學*優制導律 279
8.2.2 應用柯西不等式推導一階動力學*優制導律 284
8.2.3 應用Rusnak方法推導一階動力學*優制導律 285
8.2.4 應用數值方法推導一階動力學*優制導律 288
8.2.5 關于零控脫靶量 288
8.3 三回路自動駕駛儀的設計與應用 292
8.3.1 線性化氣動傳遞函數 292
8.3.2 三回路自動駕駛儀的增益的解析求法 294
8.3.3 三回路自動駕駛儀增益的極點配置法 294
8.3.4 三回路自動駕駛儀設計小結 296
8.4 導引頭跟蹤解耦性能的設計與應用 298
8.4.1 探測器模型 298
8.4.2 導引頭參數對穩定性的影響 301
8.4.3 解耦方案 302
參考文獻 304
第9章 末制導探測制導總體設計與狀態估計 305
9.1 一階*優制導律的實現與仿真 305
9.1.1 目標跟蹤狀態模型 306
9.1.2 剩余飛行時間的計算 318
9.1.3 目標機動加速度的主輔濾波器估計算法 321
9.1.4 *優制導律的實現與仿真 322
9.2 高階*優制導律及其濾波實現研究 323
9.2.1 對應二階飛控系統的*優制導律 323
9.2.2 對應三階飛控系統的*優制導律 325
9.2.3 對應四階系統的*優制導律 328
9.2.4 單邊*優制導律小結 328
9.3 末制導探測系統仿真試驗設計 329
9.3.1 基于脫靶量的末制導控制精度建模與驗模 329
9.3.2 基于導引頭天線罩的末制導探測建模與驗模 329
9.3.3 狀態估計濾波器對末制導性能影響的仿真分析與評估 329
9.3.4 小結 330
思考題 330
參考文獻 330
附錄A 線性系統和非線性系統濾波理論習題及解答 331
附錄B 國際標準大氣參數表（0～91km） 375
附錄C 國際單位制的基本單位 379
附錄D MATLAB基礎 380
附錄E 分貝轉換表 382
附錄F 拉普拉斯變換的基本性質 383
附錄G 常用函數的拉普拉斯變換和Z變換表 388
附錄H 雷達頻段表 389
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實用探測制導系統數據處理教程 作者簡介
蔡慶宇，男，中國航天科工研究生院教授，長期從事探測制導數據處理的教學與研究工作， 發表論文多篇，出版專著和教材多部。
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