臨近空間高超聲速飛行器軌跡預測，是一件十分有趣而又極具挑戰(zhàn)的事情，涉及目標跟蹤、信息融合、人工智能等多學科領域。本專著從目標運動特性分析建模、目標跟蹤算法、典型軌跡預測方法等方面進行突破，有望推動飛行器軌跡預測理論的進一步完善。 本著作可以作為高超聲速飛行器目標探測與軌跡分析預測領域科研人員的借鑒和參考。感興趣的學者，可以利用本書總結的方法快速獲得與其研究相關的軌跡預測理論與仿真，從而更快去突破核心難題，支撐聚焦創(chuàng)新前沿。
本書主要圍繞臨近空間高超聲速滑翔飛行器軌跡跟蹤及預測技術進行介紹。
臨近空間高超聲速飛行器軌跡預測屬于多傳感器信息融合技術領域，隨著該類飛行器的快速發(fā)展，國內外眾多學者從不同技術路線對其運動軌跡開展研究，經過近幾年的不斷研究和發(fā)展，軌跡預測技術已成功應用于眾多軍用和民用領域。然而，臨近空間高超聲速飛行器運動方式獨特、運動軌跡多變，如何對其軌跡進行準確有效地預測，還需要在目標運動特性分析、軌跡跟蹤算法、軌跡預測方法等方面進行突破。 本書主要圍繞臨近空間高超聲速滑翔飛行器軌跡跟蹤及預測技術展開，全書共四個部分，共7章。 第一部分為臨近空間高超聲速飛行器軌跡預測基礎。該部分著重介紹高超聲速飛行器概況，分析了國內外關于運動特性、目標跟蹤和軌跡預測的研究現(xiàn)狀；研究了臨近空間高超聲速飛行器的運動規(guī)律，分析了典型飛行器的氣動力系數(shù)特征，揭示了臨近空間高超聲速飛行器目標的運動規(guī)律，給出了臨近空間高超聲速飛行器目標運動軌跡具有可預測性的判斷。本部分包括第1章、第2章。 第二部分為臨近空間高超聲速飛行器軌跡目標跟蹤技術。該部分分析了一種基于衰減振蕩函數(shù)的新型機動模型，結合卡爾曼濾波算法推導了該模型的系統(tǒng)誤差，并討論了參數(shù)的取值及自適應方法；分析了飛行器在上升及下降階段的受力情況，解釋了臨近空間高超聲速飛行器跳躍滑翔的飛行機理，對氣動加速度進行衰減振蕩相關建模。本部分包括第3章、第4章。 第三部分為臨近空間高超聲速飛行器軌跡預測技術。該部分針對臨近空間高超聲速飛行器兩種典型控制模式下的軌跡預測問題，設計相應機動模式下的軌跡預測算法；分析了影響運動規(guī)律認知的關鍵因素，通過跟蹤模型實時估計臨近空間高超聲速飛行器的預測參數(shù)取值。本部分包括第5章、第6章。 第四部分為總結本書的主要內容，并展望了需要進一步深入研究的相關技術工作。本部分包括第7章。 本書是作者在臨近空間高超聲速飛行器軌跡預測技術領域研究的部分成果，參與該內容研究的有蘭旭輝教授、熊家軍教授、田康生教授、周焰教授、陳勁松副教授、吳長飛副教授、郭樂江副教授、陳新副教授、代科學副教授、李靈芝副教授、吳為華副教授、黎慧副教授、黃鵬、黃偉平、畢鈺、關澤文等老師，韓春耀、李凡、張君彪、席秋實、張凱、夏亮等博士研究生。他們參與了相關課題的研究，在本書出版過程中負責了部分章節(jié)理論梳理、算法仿真及審核校對等工作，在此也對課題組的全體同志多年來的辛勤付出表示感謝。 由于作者理論水平有限以及研究工作的局限性，特別是軌跡預測技術本身正處于不斷發(fā)展之中，書中定會存在一些不足和不完善之處，誠摯歡迎廣大讀者批評指正。
本書作者長期從事空天信息處理技術與應用教學科研工作，獲國家技術發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎1項，全國優(yōu)秀教材一等獎1項，在國內外重要學術期刊發(fā)表論文100余篇，主編或參與教材專著等10余部。
第1章緒論1
1.1高超聲速飛行器概況1
1.2國內外研究現(xiàn)狀5
1.2.1運動特性研究現(xiàn)狀5
1.2.2軌跡跟蹤研究現(xiàn)狀7
1.2.3軌跡預測研究現(xiàn)狀12
1.3本書的主要內容及安排15
第2章高超聲速飛行器機動特性分析17
2.1高超聲速滑翔飛行器軌跡生成18
2.1.1常用坐標系18
2.1.2高超聲速滑翔飛行器運動方程19
2.1.3高超聲速滑翔飛行器氣動特性21
2.2高超聲速滑翔飛行器運動規(guī)律25
2.2.1滑翔彈道特性25
2.2.2運動軌跡幾何特性30
2.2.3機動轉彎半徑特性31
2.2.4彈道射程特性36
2.3高超聲速滑翔飛行器可達區(qū)域41
2.4本章小結46
第3章基于運動學建模的高超聲速飛行器軌跡跟蹤48
3.1運動加速度相關性分析49
3.1.1周期特性49
3.1.2衰減特性49
3.2衰減振蕩模型構建49
3.2.1連續(xù)時間狀態(tài)方程51
3.2.2離散時間狀態(tài)方程52
3.3DO模型性能分析52
3.3.1系統(tǒng)動態(tài)誤差推導52
3.3.2DO模型參數(shù)分析55
3.4參數(shù)自適應方法56
3.5仿真分析57
3.5.1觀測模型58
3.5.2類周期軌跡跟蹤濾波58
3.5.3非周期軌跡跟蹤濾波68
3.6本章小結71
臨近空間高超聲速飛行器軌跡預測技術目錄第4章基于動力學建模的高超聲速飛行器軌跡跟蹤72
4.1氣動加速度特性分析72
4.1.1速度變化規(guī)律73
4.1.2氣動加速度變化規(guī)律76
4.2基于氣動加速度的動力學模型76
4.2.1基于氣動加速度的動力學模型構建77
4.2.2基于氣動加速度的動力學模型狀態(tài)方程78
4.3仿真分析81
4.3.1觀測模型81
4.3.2仿真軌跡設定82
4.3.3動力學模型跟蹤濾波86
4.4本章小結93
第5章基于典型控制模式的高超聲速飛行器軌跡預測94
5.1常升阻比平衡滑翔軌跡預測95
5.1.1常升阻比平衡滑翔模式分析95
5.1.2常升阻比平衡滑翔模式軌跡預測原理95
5.1.3常升阻比平衡滑翔模式軌跡預測算法流程101
5.1.4仿真分析102
5.2常攻角跳躍滑翔模式軌跡預測105
5.2.1常攻角跳躍滑翔模式分析105
5.2.2常攻角跳躍滑翔模式軌跡預測原理106
5.2.3常攻角跳躍滑翔模式軌跡預測算法流程110
5.2.4仿真分析111
5.3本章小結114
第6章基于參數(shù)辨識的高超聲速飛行器軌跡預測116
6.1預測參數(shù)的選擇116
6.2預測參數(shù)估計及去噪118
6.2.1預測參數(shù)的估計118
6.2.2預測參數(shù)的去噪119
6.3基于注意力卷積長短時記憶網絡的軌跡預測121
6.3.1長短時記憶網絡122
6.3.2卷積長短時記憶網絡123
6.3.3注意力機制124
6.3.4軌跡預測算法流程124
6.4仿真分析與驗證126
6.4.1仿真設計126
6.4.2仿真場景一128
6.4.3仿真場景二136
6.4.4仿真場景三139
6.4.5仿真結果分析139
6.5本章小結142
第7章總結與展望144
附錄ADO模型狀態(tài)轉移矩陣及過程噪聲協(xié)方差147
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