为了进一步提高导航系统的精度、可靠性及安全性,根据组合导航的基本原理,利用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,对北斗/捷联惯导系统(SINS)组合导航系统进行了系统仿真,在一个装有微型化惯性测量单元(MIMU)和北斗导航芯片的某型精确制导炮弹的自驾仪系统上进行了实际的跑车实验。实验结果表明:对中国自主研发的北斗卫星导航系统和SINS的组合,UKF算法能够有效地估计导航参数的误差,进行反馈校正后,可以大幅提高系统的导航精度和数据的更新频率。在所用硬件和算法的前提下,定位精度能够达到6 m,数据更新频率能够达到100 Hz,可以满足实际工程的需要。

为使拦截武器有效拦截目标,将直接多重打靶算法与微粒群算法相结合,设计了一种基于微粒群算法的中制导弹道优化算法。该算法借鉴直接多重打靶算法基本思想,将状态空间与参数空间分别进行分解与分段,并在此基础上结合中制导末端条件构建性能指标函数,将弹道优化问题转化为多目标优化问题; 基于对指标函数之间依赖性的分析,在求解过程中将多目标优化分解为参数层和指标层优化两部分,采用微粒群算法对其进行分层优化求解。仿真研究表明,该优化算法能够对弹道进行有效优化。

为了提高对自由段弹道导弹的跟踪精度,在混合坐标系下构建了自由段弹道导弹不做机动时更为准确的系统动力学模型。为提高对自由段弹道导弹目标机动时的适应能力,结合Singer和当前统计模型给出了自由段弹道导弹机动时的系统动力学模型,利用交互多模型(IMM)实现了对导弹的跟踪。在对探测数据的处理过程中,为了避免探测数据中闪烁噪声的影响,提出了IMM-UPF算法,并分别与EKF、UKF、UPF等算法做了对比分析。仿真结果表明,IMM-UPF算法对存在机动的自由段弹道目标以及雷达闪烁噪声具有良好的适应性,较EKF、UKF、UPF能够获得较高的跟踪精度。

为精确预测拦截高速飞行的临近空间飞行器时的零控脱靶量,根据拦截临近空间飞行器的特点对拦截弹及目标飞行器动力学模型进行了合理简化,推导了拦截弹与目标飞行器相对运动状态解析表达式,得出了一种具有较高精度的零控脱靶量解析计算方法。为验证该算法精度,建立了尽可能接近真实情况的动力学模型,并采用数值积分方法进行仿真对比,结果表明该算法精度较高。将该算法应用于一个简单的中制导律,证明了其在拦截临近空间飞行器时的可行性。

针对在目标机动性加大的情况下常规鱼雷导引方法不能满足反鱼雷鱼雷迎面拦截来袭鱼雷需求的问题,为提高反鱼雷鱼雷拦截概率,提出了利用滑模观测/微分器对来袭鱼雷视线角速率进行估计的方法,基于李雅普诺夫稳定性理论,根据准平行接近的原理,推导出一种自适应滑模导引律。将该方法运用于反鱼雷鱼雷跟踪拦截,仿真结果表明,该导引律对干扰和参数摄动具有强鲁棒性,与传统比例导引法相比,其对机动目标的导引精度高,脱靶量小,可以满足反鱼雷战技术的需求。

为了研究空中发射运载火箭外形对气动特性的影响规律,通过低速风洞实验,利用六分量天平测量空射火箭模型在迎角0～80°,4个速度(17 m/s,25 m/s,35 m/s,40 m/s)下的气动力和气动力矩。结果表明:在零侧滑条件下,模型的背风区出现了非对称涡,产生较大的侧力和偏航力矩,俯仰力矩随迎角的变化存在不稳定区域; 相比圆柱形尾部模型,收敛扩张形尾部提高了模型的纵向稳定性,6%头部钝度的圆头模型最大侧力减少至少50%,非对称涡的起始迎角提高了7°。研究结果可为内装式空射火箭的外形设计提供一定的参考。

为探讨无伞末敏弹的质量分布特性对其扫描特性的影响规律,在分析质量分布非对称力学表示方法的基础上,建立了考虑质量分布非对称时的弹丸动力学模型,编制了模型的仿真计算软件。以某型非对称末敏弹的结构参数和气动参数为依据,仅改变质量分布特性参数进行数值积分计算,得到了扫描转速、扫描角与横向、纵向转动惯量比以及与动不平衡角之间的关系,为通过调整质量分布参数来调整扫描参数提供了依据。

针对固定鸭舵和弹体具有不同的滚转角速度,传统六自由度弹道模型不能有效描述修正弹的飞行状态的问题,为研究固定鸭舵弹道修正弹的弹道特性,将弹丸与修正组件分别作为2个独立刚体建立六自由度弹道模型,分析了两者的运动耦合关系,建立了可表示具有相对滚转向量的七自由度弹道模型。以某型旋转稳定弹为例,通过基于Simulink的弹道仿真,得到了攻角、侧滑角的变化曲线,仿真结果表明该模型能够描述弹丸的弹道特性。

为解决雷达测量信息受地、海杂波的强烈干扰,导致雷达俯仰角测量难以构成有效闭环,目标俯仰角信息超差严重,并通过坐标系变换,向目标各维坐标传导超差信息的问题,该文综合考虑地、海杂波对方位角和斜距信息影响较小,以及海上靶场雷达测量网的布站特点,提出了一种利用多台雷达共有段落的方位角和斜距信息,构建联合处理模型,解算目标弹道的方法。数据测试证明,该方法可以有效解决雷达部分测量信息超差问题,提高靶场雷达测量数据处理的精度和可靠性。

针对激光半主动末段修正弹的控制策略问题,提出了根据激光探测器上目标成像点运动轨迹确定控制策略的方法。根据实时测量的弹体滚转角,建立了弹体滚转解耦模型; 分析了弹体滚转解耦后的目标成像点轨迹,得到脉冲发动机启控时机和点火相位角; 通过六自由度弹道仿真,研究了某型末段修正弹在该控制策略下的修正效果。结果表明,采用文中修正策略后,脱靶量显著减小,圆概率误差从48.1 m减小到14.6 m,且对弹道偏差的侧向修正效果比纵向修正效果更好,对脉冲控制末修弹药的脉冲参数优化和导引律设计具有参考价值。

利用位置预测估计值与位置滤波估计值之间的偏差进行加速度方差自适应调节,提出一种基于状态噪声方差自适应(SNVA)的机动目标状态估计方法。采用SNVA对目标加速度噪声方差进行自适应调整,实现了对当前统计模型的改进; 利用扩展卡尔曼滤波算法对目标状态进行估计。仿真结果表明,基于SNVA的扩展卡尔曼滤波算法对机动目标速度估计的绝对误差小于0.1 m/s,加速度估计的绝对误差小于0.1 m/s²,能够对机动目标的状态进行准确的估计。

为了避免发射和飞行中2枚导弹的相互干扰,研究了共架垂直发射导弹的发射时间协调,基于垂直发射导弹发射初始段的运动特性,考虑垂直上升段和程序转弯段的弹道散布误差,建立了弹道散布体时域模型; 引入距离裕度的概念,对不同发射时刻下2枚导弹的预定弹道管道进行冲突检测,并根据距离裕度确定导弹发射间隔时间。仿真结果表明,得到的冲突检测与消解的时间在100 ms级,满足实战要求。

为提高战斗部在目标方向上的破片密度,设计了一种新型滑块式定向战斗部。建立了该滑块式定向战斗部与普通偏心起爆定向战斗部的有限元模型,运用数值模拟和静爆试验相结合的方法研究了该定向战斗部的破片数目和速度增益。结果表明,该滑块式定向战斗部与相同质量和装药量的普通偏心起爆定向战斗部相比,在定向方位90°角度范围内破片数目增益38.8%,初速减小3%。

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400～700 m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300～700 m/s,转速0～1 500 r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。

为提高破片模式的毁伤效能,提出了一种将预制破片群与药型罩破片群相结合的复合破片场成型技术,给出了复合破片战斗部的弹体结构,对破片场的成型过程进行了数值仿真,并进行了实验验证。研究结果表明:采用该技术的战斗部,可形成中心区域为药型罩破片群、外环为预制破片群的复合破片场,且形成的破片场密度均匀,径向散布角达22.5°; 该复合破片场成型技术可应用于巡飞弹战斗部。

为了评估破片式战斗部对典型相控阵雷达的毁伤,对某典型相控阵雷达进行了结构和功能分析,建立了破片式战斗部对相控阵雷达的毁伤评估模型。计算了破片式战斗部作用下雷达各方向的易损性,结果表明天线阵面一侧的毁伤效果最佳。计算了某终点条件下脱靶面上的毁伤概率分布,得到各级别毁伤对应的最佳脱靶方位,可为反辐射导弹总体设计提供参考依据。

为了研究超燃冲压发动机燃烧室内气流变化规律,通过影响系数法,建立了超燃冲压发动机的准一维模型,该模型考虑了燃料质量添加、壁面传热、截面变化、壁面摩擦等影响因素,同时给出了燃烧室3种模态转换的边界条件。以单模块超燃冲压发动机为研究对象,仿真分析了超燃无激波模态和超燃斜激波模态下燃油当量比、攻角等参数对燃烧室气流参数的影响,结果表明,气流马赫数随当量比的增大、攻角的增大而减小。所建立的模型可为超燃冲压发动机总体设计及性能分析提供一种快速分析的手段。

为提高某大口径火炮上架刚强度,建立了火炮上架和摇架结构3种典型工况的有限元模型,进行静态刚强度分析,找出原上架结构存在的问题。通过正交试验得到各子工况最优权重系数组合,利用拓扑优化方法,寻求最佳材料分布,重新设计上架立板形状,修改上架筋板布局,并运用尺寸优化方法确定上架主要板件的厚度尺寸。优化结果表明,在结构质量减小的情况下,该上架各工况刚强度均有不同程度的提高,整体结构更加合理,实现了火炮发射载荷的更合理传递。