《考虑飞行器与雷达参数不确定性下的地面雷达探测威胁规避路径规划》博士论文

载人与无人飞行器常在地面雷达系统探测范围内执行任务。对于特定应用场景，规避探测风险是任务规划的核心考量。探测风险受多种因素影响，包括飞行器位姿（即位置与朝向）、飞行器雷达散射截面（RCS）、雷达位置及雷达参数。当前雷达探测应用中的路径规划算法默认这些因素为确定且已知量，但实际应用中这些参数均为估计值且存在显著不确定性。本研究旨在探索如何将此类不确定性纳入路径规划算法。

方法框架

本研究通过量化探测风险及其变异度、建模探测要素的不确定性，并将这些成果集成至路径规划器实现目标。探测风险采用探测概率（PD）的近似值量化，该概率针对飞行器位姿、雷达位置及雷达参数进行线性化处理。线性化模型用于估计由上述不确定性引发的PD方差。假设雷达位置与参数的不确定性恒定，飞行器位姿不确定性则通过惯性导航滤波器估算。为实现快速路径评估，本文提出一种解析方法，可沿候选路径生成标称飞行器位姿与惯性测量单元（IMU）数据，作为惯性导航滤波器的输入。

系统集成

融合不确定性雷达模型与高效位姿/IMU数据生成器，构建改进型可视性图谱路径规划器。该规划器将PD方差纳入路径有效性检验体系，并采用飞行器动力学的线性协方差模型，快速生成误差预算，为任务规划者提供关于不确定性源的可操作信息。

图1.1：一架无人机飞越配备两个雷达传感器（S1、S2）区域的示例。简化的探测区域以红色显示。路径周围的蓝色区域表征导航状态不确定性。检测统计量的分布与导航不确定性分别覆盖于对应区域。导航状态不确定性沿飞行路径递增，表征全局定位测量精度的衰减。