临近空间高超声速飞行器轨迹预测，是一件十分有趣而又极具挑战的事情，涉及目标跟踪、信息融合、人工智能等多学科领域。本专著从目标运动特性分析建模、目标跟踪算法、典型轨迹预测方法等方面进行突破，有望推动飞行器轨迹预测理论的进一步完善。 本著作可以作为高超声速飞行器目标探测与轨迹分析预测领域科研人员的借鉴和参考。感兴趣的学者，可以利用本书总结的方法快速获得与其研究相关的轨迹预测理论与仿真，从而更快去突破核心难题，支撑聚焦创新前沿。
本书主要围绕临近空间高超声速滑翔飞行器轨迹跟踪及预测技术进行介绍。
临近空间高超声速飞行器轨迹预测属于多传感器信息融合技术领域，随着该类飞行器的快速发展，国内外众多学者从不同技术路线对其运动轨迹开展研究，经过近几年的不断研究和发展，轨迹预测技术已成功应用于众多军用和民用领域。然而，临近空间高超声速飞行器运动方式独特、运动轨迹多变，如何对其轨迹进行准确有效地预测，还需要在目标运动特性分析、轨迹跟踪算法、轨迹预测方法等方面进行突破。 本书主要围绕临近空间高超声速滑翔飞行器轨迹跟踪及预测技术展开，全书共四个部分，共7章。 第一部分为临近空间高超声速飞行器轨迹预测基础。该部分着重介绍高超声速飞行器概况，分析了国内外关于运动特性、目标跟踪和轨迹预测的研究现状；研究了临近空间高超声速飞行器的运动规律，分析了典型飞行器的气动力系数特征，揭示了临近空间高超声速飞行器目标的运动规律，给出了临近空间高超声速飞行器目标运动轨迹具有可预测性的判断。本部分包括第1章、第2章。 第二部分为临近空间高超声速飞行器轨迹目标跟踪技术。该部分分析了一种基于衰减振荡函数的新型机动模型，结合卡尔曼滤波算法推导了该模型的系统误差，并讨论了参数的取值及自适应方法；分析了飞行器在上升及下降阶段的受力情况，解释了临近空间高超声速飞行器跳跃滑翔的飞行机理，对气动加速度进行衰减振荡相关建模。本部分包括第3章、第4章。 第三部分为临近空间高超声速飞行器轨迹预测技术。该部分针对临近空间高超声速飞行器两种典型控制模式下的轨迹预测问题，设计相应机动模式下的轨迹预测算法；分析了影响运动规律认知的关键因素，通过跟踪模型实时估计临近空间高超声速飞行器的预测参数取值。本部分包括第5章、第6章。 第四部分为总结本书的主要内容，并展望了需要进一步深入研究的相关技术工作。本部分包括第7章。 本书是作者在临近空间高超声速飞行器轨迹预测技术领域研究的部分成果，参与该内容研究的有兰旭辉教授、熊家军教授、田康生教授、周焰教授、陈劲松副教授、吴长飞副教授、郭乐江副教授、陈新副教授、代科学副教授、李灵芝副教授、吴为华副教授、黎慧副教授、黄鹏、黄伟平、毕钰、关泽文等老师，韩春耀、李凡、张君彪、席秋实、张凯、夏亮等博士研究生。他们参与了相关课题的研究，在本书出版过程中负责了部分章节理论梳理、算法仿真及审核校对等工作，在此也对课题组的全体同志多年来的辛勤付出表示感谢。 由于作者理论水平有限以及研究工作的局限性，特别是轨迹预测技术本身正处于不断发展之中，书中定会存在一些不足和不完善之处，诚挚欢迎广大读者批评指正。
本书作者长期从事空天信息处理技术与应用教学科研工作，获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项，全国优秀教材一等奖1项，在国内外重要学术期刊发表论文100余篇，主编或参与教材专著等10余部。
第1章绪论1
1.1高超声速飞行器概况1
1.2国内外研究现状5
1.2.1运动特性研究现状5
1.2.2轨迹跟踪研究现状7
1.2.3轨迹预测研究现状12
1.3本书的主要内容及安排15
第2章高超声速飞行器机动特性分析17
2.1高超声速滑翔飞行器轨迹生成18
2.1.1常用坐标系18
2.1.2高超声速滑翔飞行器运动方程19
2.1.3高超声速滑翔飞行器气动特性21
2.2高超声速滑翔飞行器运动规律25
2.2.1滑翔弹道特性25
2.2.2运动轨迹几何特性30
2.2.3机动转弯半径特性31
2.2.4弹道射程特性36
2.3高超声速滑翔飞行器可达区域41
2.4本章小结46
第3章基于运动学建模的高超声速飞行器轨迹跟踪48
3.1运动加速度相关性分析49
3.1.1周期特性49
3.1.2衰减特性49
3.2衰减振荡模型构建49
3.2.1连续时间状态方程51
3.2.2离散时间状态方程52
3.3DO模型性能分析52
3.3.1系统动态误差推导52
3.3.2DO模型参数分析55
3.4参数自适应方法56
3.5仿真分析57
3.5.1观测模型58
3.5.2类周期轨迹跟踪滤波58
3.5.3非周期轨迹跟踪滤波68
3.6本章小结71
临近空间高超声速飞行器轨迹预测技术目录第4章基于动力学建模的高超声速飞行器轨迹跟踪72
4.1气动加速度特性分析72
4.1.1速度变化规律73
4.1.2气动加速度变化规律76
4.2基于气动加速度的动力学模型76
4.2.1基于气动加速度的动力学模型构建77
4.2.2基于气动加速度的动力学模型状态方程78
4.3仿真分析81
4.3.1观测模型81
4.3.2仿真轨迹设定82
4.3.3动力学模型跟踪滤波86
4.4本章小结93
第5章基于典型控制模式的高超声速飞行器轨迹预测94
5.1常升阻比平衡滑翔轨迹预测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轨迹预测原理95
5.1.3常升阻比平衡滑翔模式轨迹预测算法流程101
5.1.4仿真分析102
5.2常攻角跳跃滑翔模式轨迹预测105
5.2.1常攻角跳跃滑翔模式分析105
5.2.2常攻角跳跃滑翔模式轨迹预测原理106
5.2.3常攻角跳跃滑翔模式轨迹预测算法流程110
5.2.4仿真分析111
5.3本章小结114
第6章基于参数辨识的高超声速飞行器轨迹预测116
6.1预测参数的选择116
6.2预测参数估计及去噪118
6.2.1预测参数的估计118
6.2.2预测参数的去噪119
6.3基于注意力卷积长短时记忆网络的轨迹预测121
6.3.1长短时记忆网络122
6.3.2卷积长短时记忆网络123
6.3.3注意力机制124
6.3.4轨迹预测算法流程124
6.4仿真分析与验证126
6.4.1仿真设计126
6.4.2仿真场景一128
6.4.3仿真场景二136
6.4.4仿真场景三139
6.4.5仿真结果分析139
6.5本章小结142
第7章总结与展望144
附录ADO模型状态转移矩阵及过程噪声协方差147
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