弹道导弹防御系统探测能力建模与分析

论文摘要

弹道导弹防御系统是二十一世纪先进军事力量发展的重要方向,防御系统对来袭导弹的探测能力是决定拦截作战成败的关键环节。本文以弹道导弹防御系统探测能力分析为主要目的,系统地开展了针对目标探测过程的分析、建模与仿真研究,本文的主要研究工作包括:探测能力指标体系的构建。以典型弹道导弹防御系统的构成与作战流程为例,分析了目标探测过程的信息交互,探讨了表征防御系统探测能力的两大要素。在此基础上,提炼并建立了探测能力指标体系。通过对探测能力影响因素的分析与梳理,确定了影响弹道导弹防御系统探测能力的关键因素。面向导弹攻防仿真的实验设计方法应用研究。针对导弹攻防仿真实验中的确定型因素,采用正交设计和均匀设计实现多因素多水平的仿真实验设计,研究给出了两种设计方法的设计步骤与结果分析方法。针对服从特定统计分布的随机型因素,引入数论方法以产生均匀散布的抽样点集。通过简单算例,比较了数论方法与传统的Monte Carlo抽样的性能优劣,结果表明,相比Monte Carlo抽样,数论方法可以在保持精度的前提下显著降低计算成本。防御系统探测过程建模与探测能力评估仿真系统研制。针对防御系统对来袭导弹的预警、捕获、跟踪过程,分别分析了卫星、雷达、总部级C2BMC的工作原理,建立了卫星/雷达目标探测与总部级C2BMC数据处理的功能仿真模型;以仿真管理与支撑环境为底层平台,依据模型隔离的设计模式,完成了探测能力评估仿真系统的总体设计与分系统开发,形成了实验设计、实验运行、结果分析的评估流程。防御系统探测问题仿真实验与结果分析。以弹道导弹防御系统卫星、雷达的观测误差作为影响因素,开展正交仿真实验,采用方差分析处理实验结果,探讨了传感器观测误差对防御系统探测能力的影响;以预警雷达部署位置作为影响因素,考虑正常部署、前置部署、后置部署以及无预警雷达四种情况,分别开展仿真实验,考察了传感器部署位置对防御系统探测能力的影响。本文所作的研究初步建立了以探测能力指标体系为依据,以探测能力评估仿真系统为支撑,以基于实验设计理论的目标探测仿真实验为手段的弹道导弹防御系统探测能力评估机制。研究成果具有一定的理论和应用价值,可为相关领域的其它研究提供参考。

论文目录

• 缩略词表
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 相关领域发展与研究综述
• 1.2.1 弹道导弹防御系统发展现状
• 1.2.2 GMD 系统目标探测单元发展现状
• 1.2.3 弹道导弹防御系统作战效能分析评估研究现状
• 1.2.4 实验设计理论发展现状
• 1.3 研究内容及章节安排
• 第二章 弹道导弹防御系统探测能力指标体系研究
• 2.1 引言
• 2.2 弹道导弹防御系统构成
• 2.2.1 目标探测系统
• 2.2.2 反导拦截弹系统
• 2.2.3 指挥、控制、作战管理与通信系统
• 2.3 弹道导弹防御系统作战过程分析
• 2.3.1 导弹防御作战过程
• 2.3.2 导弹防御系统探测能力分析
• 2.4 目标探测能力评估指标体系
• 2.4.1 层次化指标体系
• 2.4.2 指标体系的影响因素
• 2.5 小结
• 第三章 目标探测与数据处理过程仿真建模
• 3.1 引言
• 3.2 坐标系统
• 3.3 预警卫星目标探测过程建模
• 3.3.1 卫星轨道积分模型
• 3.3.2 卫星与进攻弹几何交互关系模型
• 3.3.3 进攻弹发动机尾焰红外辐射强度计算模型
• 3.3.4 卫星红外探测器信噪比计算模型
• 3.3.5 卫星红外探测器探测概率计算模型
• 3.3.6 卫星红外探测器测量模型
• 3.4 预警/制导雷达目标探测跟踪过程建模
• 3.4.1 雷达与目标几何交互关系模型
• 3.4.2 雷达最大搜索距离计算模型
• 3.4.3 雷达搜索信噪比计算模型
• 3.4.4 雷达探测概率计算模型
• 3.4.5 雷达测量模型
• 3.4.6 目标RCS 计算模型
• 3.4.7 雷达识别模型
• 3.5 总部级C28MC 数据处理过程建模
• 3.5.1 目标滤波模型
• 3.5.2 目标落点预报模型
• 3.6 小结
• 第四章 面向导弹攻防仿真的实验设计方法应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 导弹攻防仿真中的正交设计方法
• 4.2.1 实验方案设计
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 导弹攻防仿真中的均匀设计方法
• 4.3.1 实验方案设计
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 导弹攻防仿真中的抽样方法
• 4.4.1 Monte Carlo 抽样
• 4.4.2 数论方法
• 4.4.3 数论方法与Monte Carlo 抽样性能对比
• 4.5 小结
• 第五章 弹道导弹防御系统探测能力评估仿真系统
• 5.1 引言
• 5.2 仿真系统总体设计
• 5.2.1 系统总体框架
• 5.2.2 系统设计思路与实现方式
• 5.2.3 系统数据流与数据接口
• 5.3 分系统开发
• 5.3.1 实验设计分系统
• 5.3.2 预警卫星分系统
• 5.3.3 预警雷达分系统
• 5.3.4 制导雷达分系统
• 5.3.5 总部级C2BMC 分系统
• 5.4 小结
• 第六章 防御系统目标探测问题仿真实验与分析
• 6.1 引言
• 6.2 传感器观测误差影响分析
• 6.3 传感器部署位置影响分析
• 6.4 小结
• 结束语
• 本文的主要研究成果
• 进一步的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果