随着航空与制导技术的飞速发展,应对大机动目标的威胁在国土防空领域已凸显迫切的应用需求。相比于传统拦截对象,这类目标再入段飞行高速且常具有与导弹匹敌的机动性能,成功拦截需要非常小的脱靶量甚至直接碰撞。由于导弹的过载优势明显下降,基于分离原理将估计器和导引律进行独立设计的传统方法很难保证理想的拦截性能。集成估计导引（Integrated Estimation and Guidance,IEG）策略为大机动目标拦截（Highly Maneuvering Target Interception,HMTI）提供了新的解决思路。引入一个独立的模式决策器估计目标当前的运动模式,根据不同制导阶段和目标不同的机动状态选择不同的估计器和导引律组合,IEG策略在大机动目标末制导拦截问题中得到有效验证。模式决策器、估计器和导引律三个单元相互作用,共同决定了IEG系统的性能。本文面向HMTI的应用需求,在IEG系统架构下开展系统分析方法研究。综合讨论模式决策器、估计器和导引律对系统拦截性能的影响,论文工作对于IEG系统的设计与性能评估具有重要的理论意义和参考价值。第一章首先结合军事应用需求介绍了HMTI的研究背景,给出了开展IEG系统分析方法研究的重要意义。然后,从估计和导引两个角度指出了HMTI面临的主要问题与挑战,引出了采用IEG策略的必要性。接着,从系统设计的角度出发分别介绍了估计器、导引律和IEG系统的研究进展。随后,介绍了HMTI系统分析的研究进展,特别是IEG系统分析相关的研究工作。最后是全文的主要工作和内容安排。第二章从估计器的设计需求出发,分析了模式决策延迟对状态估计精度的影响,建立了零控脱靶量（Zero-Effort Miss,ZEM）估计误差的解析分布模型。首先,给出了末制导平面拦截的一般运动模型。随后,通过将目标的横向加速度指令建模为跳变的马尔科夫过程,并在模式决策器存在一个固定时间延迟的假设下,分别推导了模式失配条件下连续/离散时间系统ZEM的估计误差分布,定量分析了模式决策延迟对状态估计精度的影响。最后,根据不同估计性能约束指标,分别讨论了模式决策器、导引头和目标机动的性能需求。本章推导的ZEM估计误差解析模型可替代蒙特卡洛方法有效指导状态估计器的设计,为评价系统脱靶量的概率分布奠定了基础。第三章在ZEM估计误差模型的基础上,综合分析了模式决策器、估计器和导引律对系统拦截性能的影响,建立了脱靶量的统计分布模型。首先,分别考虑系统无扰动（即目标横向加速度指令恒为零）和系统存在Bang-Bang扰动两种情形,求解了离散时间系统脱靶量概率分布的递推表达式。在此基础上,考虑时间采样间隔趋于无穷小的极限情形,得到了连续时间系统脱靶量的偏微分形式。最后,通过五种不同扰动类型验证了模型的准确性。本章推导的脱靶量解析分布模型可替代蒙特卡洛方法有效提升IEG系统的设计效率,为拦截性能的评估提供理论工具。第四章从模式决策器的设计需求出发,在给定不同估计性能约束的条件下,推导了系统最大可容许的模式决策延迟（Maximal Admissible Mode Decision Delay,MAMDD）,可为IEG系统中模式决策器的指标设计提供理论和方法依据。首先,推导了多模式跳变情形下连续时间系统的状态估计误差模型,通过约束状态估计误差得到了模式决策延迟的上界和模式逗留时间的下界。接着,考虑末制导拦截特性,通过将ZEM的平均误差限制在捕获区边界内提出了一种MAMDD的数值计算方法。最后,同时考虑ZEM估计误差的均值和方差,得到了一致性约束条件下MAMDD的数值计算方法。结果表明,为对模式决策器提出更严格的要求,在末制导前段应选用一致性约束而在后段应选用捕获区约束。第五章针对螺线机动飞行器,从估计器的设计需求出发,分析了不同模式决策延迟条件下状态估计的性能。首先,通过对目标进行动力学分析提出了一个通用运动模型,为状态估计器的性能分析提供数据输入。接着,通过引入两个升力加速度谐振分量,设计了目标螺线机动状态估计器,分别验证了扩展卡尔曼滤波器和无迹卡尔曼滤波器的估计性能。最后,考虑模式切换情形,由模式决策器输出目标螺线频率的主值并作为估计器的模式输入,定量分析了不同模式决策延迟下目标状态估计的性能。研究结果可为螺线机动目标的运动建模、模式决策器的指标设计以及状态估计器的性能分析提供理论依据。第六章总结了论文的主要工作和研究成果,并指出了下一步的研究方向。