使用擴展型卡爾曼濾波器處理非線性雷達量測訊號進行攔截飛彈導引

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李孟軒(Meng-Xuan Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系在職專班

論文名稱

使用擴展型卡爾曼濾波器處理非線性雷達量測訊號進行攔截飛彈導引
(Guidance of Interceptor Missiles Using Extended Kalman Filter for Nonlinear Radar Measurements)

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摘要(中)

本論文研究目的為改善攔截飛彈行駛路徑及攔截所需時間，以求在較短時間內成功攔截目標，降低被敵方干擾或攔截的可能性。本文運用擴展型卡爾曼濾波器對非線性之雷達量測訊號進行濾波並估計目標狀態，再利用擴展型卡爾曼濾波器估計值預測攔截所需時間以及可能攔截位置，並取代目前較為廣泛使用之比例導引法(Proportional Navigation Guidance)。本文在Matlab軟體程式建立二維模擬環境，於不同參數設定環境下將所提之飛彈導引方式與比例導引法進行模擬比較與分析，透過模擬結果觀察，本文所提之導引方式可有效改善飛彈行駛路徑及攔截目標所需時間。

摘要(英)

The purpose of this thesis is to utilize the extended Kalman filter(EKF) to replace the proportional navigation (PN) guidance method conventionally practiced in a guided missile in order to improve the tracking performance and to reduce the required time for intercepting target, so as to further increase the chance of victory when defending from the invasion of an enemy. The EKF is developed to filter nonlinear radar signals and to estimate target states. The estimation results in our proposed method are used to predict the required time for target interception and the interception point for missile guidance. A two-dimensional tracking trajectory environment is simulated with Matlab. Two missile guidance methods, the proposed method and the PN guidance, have been studies and compared with computer simulations for different parameters setup. Simulation results show that the proposed method can achieve performance improvement on both missile trajectory and the overall elapsed time over the PN guidance method.

關鍵字(中)

★ 卡爾曼濾波器
★ 攔截飛彈
★ 雷達
★ 導引

關鍵字(英)

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 v
表目錄 vi
符號彙編 vii
第一章緒論 1
1.1研究動機與背景 1
1.2文獻探討 1
1.3論文綱要 3
第二章系統場景 5
2.1 概述 5
2.2 飛彈攔截目標幾何模型 5
2.3 飛彈導引系統 6
2.4雷達量測模型方程式 7
2.5導引法則 9
2.6卡爾曼濾波器 11
2.7標準型卡爾曼濾波器演算法流程 11
2.8 擴展型卡爾曼濾波器演算法流程 14
第三章本文所提之目標追蹤演算法 16
3.1 概述 16
3.2虛擬點設置 16
3.3不設置虛擬點 19
3.4雷達天線盤角度限制 21
3.5本文所提之導引方式整理 22
第四章模擬比較與分析 24
4.1 場景參數設定 24
4.2 擴展型卡爾曼濾波器系統模型建立 25
4.3假設目標速度為200m/s之模擬結果 27
4.4假設目標速度為800m/s之模擬結果 45
第五章結論與未來展望 63
5.1結論 63
5.2未來展望 64
文獻參考 65

參考文獻

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指導教授

張大中(Dah-Chung Chang)

審核日期

2021-8-24

推文