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實用探測制導系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理教程

實用探測制導系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理教程

作者:蔡慶宇等
出版社:電子工業(yè)出版社出版時間:2018-05-01
開本: 其他 頁數(shù): 400
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實用探測制導系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理教程 版權(quán)信息

實用探測制導系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理教程 本書特色

本書主要介紹探測制導系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法和基本理論,闡述了線性系統(tǒng)濾波的基本理論及其在工程實際應(yīng)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(nèi)容具體包括緒論、線性系統(tǒng)濾波的基本理論、卡爾曼濾波模型的推廣及其在探測系統(tǒng)中的應(yīng)用、機動目標跟蹤、卡爾曼濾波器在非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用、復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的目標跟蹤、相控陣雷達中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)、卡爾曼濾波在末制導探測系統(tǒng)中的應(yīng)用、末制導探測制導總體設(shè)計與狀態(tài)估計;附錄內(nèi)容具體包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)濾波理論習題及解答、國際標準大氣參數(shù)表、國際單位制的基本單位、MATLAB基礎(chǔ)、分貝轉(zhuǎn)換表、拉普拉斯變換的基本性質(zhì)、常用函數(shù)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(tǒng)數(shù)據(jù)處理教程 內(nèi)容簡介

本書主要介紹探測制導系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法和基本理論,闡述了線性系統(tǒng)濾波的基本理論及其在工程實際應(yīng)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(nèi)容具體包括緒論、線性系統(tǒng)濾波的基本理論、卡爾曼濾波模型的推廣及其在探測系統(tǒng)中的應(yīng)用、機動目標跟蹤、卡爾曼濾波器在非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用、復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的目標跟蹤、相控陣雷達中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)、卡爾曼濾波在末制導探測系統(tǒng)中的應(yīng)用、末制導探測制導總體設(shè)計與狀態(tài)估計;附錄內(nèi)容具體包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)濾波理論習題及解答、靠前標準大氣參數(shù)表、靠前單位制的基本單位、MATLAB基礎(chǔ)、分貝轉(zhuǎn)換表、拉普拉斯變換的基本性質(zhì)、常用函數(shù)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(tǒng)數(shù)據(jù)處理教程 目錄

第1章 緒論 1
1.1 數(shù)據(jù)處理在典型低空防空導彈武器系統(tǒng)中的應(yīng)用簡介 1
1.1.1 作戰(zhàn)任務(wù)與系統(tǒng)組成 2
1.1.2 作戰(zhàn)過程與計算機軟件的應(yīng)用 3
1.1.3 目標探測雷達計算機系統(tǒng)及其軟件的體系結(jié)構(gòu) 4
1.1.4 導彈制導雷達計算機系統(tǒng)及其軟件的體系結(jié)構(gòu) 6
1.2 數(shù)據(jù)處理在彈上末制導探測系統(tǒng)中的應(yīng)用簡介 8
1.2.1 典型戰(zhàn)術(shù)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(shù)的*優(yōu)狀態(tài)估計 9
1.2.3 正弦機動*優(yōu)制導律實現(xiàn)所需目標參數(shù)的獲取 11
1.2.4 彈目接近加速度魯棒 濾波器設(shè)計 12
1.2.5 數(shù)據(jù)處理算法在制導控制計算機系統(tǒng)軟件與硬件上的實現(xiàn) 13
1.3 本書各章節(jié)簡介 13
參考文獻 14
第2章 線性系統(tǒng)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(xù)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(wěn)卡爾曼濾波及其相互關(guān)系 26
2.2.1 多維維納濾波 26
2.2.2 平穩(wěn)卡爾曼濾波 30
2.2.3 平穩(wěn)卡爾曼濾波與維納濾波的關(guān)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(tǒng)的狀態(tài)方程描述及其伴隨系統(tǒng) 39
2.3.1 線性系統(tǒng)的純量微分方程描述 39
2.3.2 確定變參數(shù)線性系統(tǒng)傳遞函數(shù)的近似方法 41
2.3.3 慢變參數(shù)系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)的近似求法 44
2.3.4 線性系統(tǒng)的狀態(tài)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(yīng)矩陣 50
2.3.6 線性系統(tǒng)的伴隨(對偶)系統(tǒng) 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(tǒng)的可觀測性和可控性 54
2.4.2 線性系統(tǒng)濾波器的穩(wěn)定性 60
2.4.3 線性系統(tǒng)濾波器的誤差特性 64
2.4.4 濾波器的真實發(fā)散和誤差補償技術(shù) 67
2.5 調(diào)節(jié)卡爾曼濾波的協(xié)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(tǒng)中的應(yīng)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(tǒng) 75
3.1.3 關(guān)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(xù)時間系統(tǒng)的連續(xù)描述與離散描述的關(guān)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(shù)制約關(guān)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(wěn)態(tài)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(zhì) 114
4.3 單模型方法 117
4.3.1 相關(guān)噪聲模型——Singer模型 117
4.3.2 機動目標的截斷正態(tài)概率密度模型 128
4.4 串行多模型方法 137
4.4.1 調(diào)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(shù)濾波方法 138
4.4.4 檢測及狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整濾波器 141
4.4.5 修正的常增益自適應(yīng)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(tài)多模型估計器 153
4.5.3 動態(tài)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(yīng)估計 162
4.6.1 目標正弦機動跟蹤的三態(tài)卡爾曼濾波器 163
4.6.2 目標正弦機動跟蹤的四態(tài)卡爾曼濾波器 163
4.6.3 包含目標機動頻率狀態(tài)的五態(tài)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(jié) 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(tǒng)中的應(yīng)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(shù)估計 168
5.2.2 轉(zhuǎn)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(yīng)用實例 188
5.3.1 坐標系、測量模型及狀態(tài)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(zhuǎn)換測量卡爾曼濾波及擴展卡爾曼濾波有關(guān)公式推導 192
5.5.1 真實偏差和協(xié)方差 192
5.5.2 平均偏差和協(xié)方差 197
5.5.3 球坐標系下對應(yīng)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(jié) 205
思考題 205
參考文獻 206
第6章 復雜戰(zhàn)場環(huán)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(huán)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(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波器(PDAF) 209
6.4 干擾環(huán)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(yīng)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(guān)系矩陣和隸屬矩陣 217
6.5.4 仿真實驗結(jié)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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的邏輯功能 219
6.7 運動載體環(huán)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(tǒng)框圖和仿真試驗 232
6.8 小結(jié) 234
思考題 235
參考文獻 235
第7章 相控陣雷達中的數(shù)據(jù)處理技術(shù) 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(yīng)用實例 240
7.2 相控陣雷達工作方式的調(diào)度策略 242
7.2.1 概述 242
7.2.2 影響調(diào)度策略的主要因素 242
7.2.3 自適應(yīng)調(diào)度策略 244
7.2.4 調(diào)度程序的設(shè)計方法 245
7.2.5 仿真實驗結(jié)果 249
7.3 專家系統(tǒng)及其在相控陣雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 249
7.3.1 專家系統(tǒng)發(fā)展概況 250
7.3.2 專家系統(tǒng)的研究對象和結(jié)構(gòu) 250
7.3.3 一個相控陣雷達工作方式調(diào)度的專家系統(tǒng)——SOMPAR專家系統(tǒng) 251
7.3.4 人工智能及其在相控陣雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 254
7.4 一個簡單的相控陣雷達系統(tǒng)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(xié)方差矩陣R(k)與初始協(xié)方差矩陣P(0/0)的計算 266
7.5 小結(jié) 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(tǒng)中的應(yīng)用 273
8.1 末制導探測系統(tǒng)總體設(shè)計 273
8.1.1 關(guān)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?shù)谋匾?274
8.1.4 一階*優(yōu)制導律 277
8.1.5 二次型性能指標的*優(yōu)制導律的重要通式 278
8.2 一階*優(yōu)制導律的四種推導方法 278
8.2.1 應(yīng)用極小值原理推導一階動力學*優(yōu)制導律 279
8.2.2 應(yīng)用柯西不等式推導一階動力學*優(yōu)制導律 284
8.2.3 應(yīng)用Rusnak方法推導一階動力學*優(yōu)制導律 285
8.2.4 應(yīng)用數(shù)值方法推導一階動力學*優(yōu)制導律 288
8.2.5 關(guān)于零控脫靶量 288
8.3 三回路自動駕駛儀的設(shè)計與應(yīng)用 292
8.3.1 線性化氣動傳遞函數(shù) 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(shè)計小結(jié) 296
8.4 導引頭跟蹤解耦性能的設(shè)計與應(yīng)用 298
8.4.1 探測器模型 298
8.4.2 導引頭參數(shù)對穩(wěn)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(shè)計與狀態(tài)估計 305
9.1 一階*優(yōu)制導律的實現(xiàn)與仿真 305
9.1.1 目標跟蹤狀態(tài)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(yōu)制導律的實現(xiàn)與仿真 322
9.2 高階*優(yōu)制導律及其濾波實現(xiàn)研究 323
9.2.1 對應(yīng)二階飛控系統(tǒng)的*優(yōu)制導律 323
9.2.2 對應(yīng)三階飛控系統(tǒng)的*優(yōu)制導律 325
9.2.3 對應(yīng)四階系統(tǒng)的*優(yōu)制導律 328
9.2.4 單邊*優(yōu)制導律小結(jié) 328
9.3 末制導探測系統(tǒng)仿真試驗設(shè)計 329
9.3.1 基于脫靶量的末制導控制精度建模與驗?zāi)?329
9.3.2 基于導引頭天線罩的末制導探測建模與驗?zāi)?329
9.3.3 狀態(tài)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(jié) 330
思考題 330
參考文獻 330
附錄A 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)濾波理論習題及解答 331
附錄B 國際標準大氣參數(shù)表(0~91km) 375
附錄C 國際單位制的基本單位 379
附錄D MATLAB基礎(chǔ) 380
附錄E 分貝轉(zhuǎn)換表 382
附錄F 拉普拉斯變換的基本性質(zhì) 383
附錄G 常用函數(shù)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(tǒng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理的教學與研究工作, 發(fā)表論文多篇,出版專著和教材多部。

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