空间飞行器安全防护规避机动方法研究

来源 :国防科技大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:pengweimin
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未来战争,拥有制天权的一方将掌握整个战场主动权,空间飞行器的安全问题显得十分重要,而空间飞行器的主动机动规避问题是保证空间飞行器安全最有效的方法之一。当前空间规避研究多以空间碎片和失效飞行器为研究对象,在面对具有自主交会能力的敌方飞行器或者动能拦截器威胁时,传统规避方法是不适用的,在安全性分析和规避策略上均需要新方法对这些问题进行研究。本文将问题划分为低速接近和高速接近两类威胁,分别研究了其安全性分析模型与相应的规避策略,主要研究成果如下:建立了空间飞行器安全性分析模型。论文对空间飞行器面对抓捕型飞行器威胁时的安全性分析流程进行了讨论,通过分析威胁的交会特点,选取脉冲冲量、交会时间以及最小相对距离三个特征参数作为安全性评价指标,给出了各个指标相应的计算方法。选择加权和法对各指标进行综合,对各指标进行标准化并确定各指标权重,建立了多指标加权综合评价模型。研究为空间飞行器面对抓捕型飞行器威胁时的安全性分析提供了一种可选手段。提出了考虑能量消耗的飞行器规避机动方法。基于序列二次优化算法建立了追踪器多脉冲最优交会模型,以此为基础并进一步考虑能量消耗给出了潜在威胁区的定义与计算方法;以潜在威胁区作为规避指标,建立了目标器最优规避模型,采用遗传算法进行机动优化。仿真结果验证了文中模型的正确性,结果表明建立的基于序列二次优化算法和遗传算法的双重优化模型可以在目标器以固定脉冲规避时有效降低潜在威胁风险。从考虑能量消耗的角度为目标器在面对非合作自主交会时提供了新的有效规避策略,可提升飞行器的空间生存能力。提出了考虑可观测性的飞行器规避机动方法。建立了仅测角相对导航模型,对完全不可观测机动进行定义,通过理论推导严格证明了完全不可观测机动是不存在的。从相对运动的可观测性分析,推导并得到了最优规避机动的显式解析解表达式。为验证解析解的正确性建立了等价优化模型,并采用遗传算法对最优规避机动方向进行优化。仿真结果表明提出的规避机动方法能够提升追踪器对目标器的状态估计难度,降低其估计精度。该规避策略可为空间飞行器的防御性规避机动研究提供有益参考。建立了末段动能拦截器攻击区模型并提出了飞行器最优规避策略。通过对动能拦截器和目标器机动能力及末段拦截过程进行分析,推导并得出了动能拦截器与目标器机动范围在攻击区中的投影计算方法。以所建立模型为基础,推导了捕获区与逃逸区以及界栅的计算方法,并给出了显式表达式。引入燃料消耗这一能量约束条件,建立了考虑能量约束的攻击区计算模型。对于目标,通过对所建立的攻击区及相应的投影进行分析得到了其最优规避策略,仿真结果验证了方法的正确性。利用所建立的模型,可根据末段动能拦截器与目标器的参数对动能拦截器捕获逃逸区进行快速计算。提出了一种用于反动能拦截的飞行器诱饵释放规避策略。通过对动能拦截器末段导引过程进行深入分析,提出了一种拦截末段主动式诱饵释放策略,该策略可充分发挥诱饵作用,提升目标器的生存率。在考虑了导引头分辨率及导引盲区等多个因素后,通过推导得到了动能拦截器发现诱饵所需时间的解析表达式,推导得到了最大脱靶量的显式计算公式。仿真结果验证了所推导的最大脱靶量计算公式的正确性,且表明动能拦截器终端脱靶量与导引头分辨率、初始相对距离以及目标器加速度均密切相关。本文所提出的新型诱饵释放策略规避效果明显,具有一定的实用潜力。针对空间安全问题中常见的抓捕型飞行器和动能拦截器两类威胁难以规避的问题,论文展开了全面细致的研究工作,形成了安全性分析模型和规避机动方法等一系列研究成果,根据不同的侧重点提出了多种行之有效的新型规避策略。论文所做的工作可为未来防御性空间对抗的工程应用提供一定的理论指导,为提高我方空间飞行器生存能力提供强有力的方法支撑。
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