一种时变时延条件下多导弹协同制导方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种时变时延条件下多导弹协同制导方法及系统。该时变时延条件下多导弹协同制导方法包括：获取弹目运动信息；由弹目运动信息构建弹目相对运动方程；采用反馈线性化方法对弹目相对运动方程进行处理，得到多导弹系统线性模型；基于一致性原理，由多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载；由第一法向过载和第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击。本发明专利技术能够在时间延迟存在的情况下，降低对弹上探测设备的要求，提高系统的自主性能。

【技术实现步骤摘要】
一种时变时延条件下多导弹协同制导方法及系统
本专利技术涉及导弹制导与控制领域，特别是涉及一种时变时延条件下多导弹协同制导方法及系统。
技术介绍
多导弹协同制导问题是近年来制导控制领域的热点问题。其对于静止目标或者低速目标的时间一致饱和攻击能够有效地针对敌方雷达探测，从而提升毁伤能力。现有的多弹协同方法主要有两种，一是利用导弹的剩余攻击时间估计，目前有若干时间估计方法的研究成果，其中有利用比例导引法，引出了经典的时间估计公式，基于滑模控制方法给出了时间估计方法等。另一种是指定攻击时间协同打击，各枚导弹根据自身运动特性及目标特性在发射前计算好运动轨迹和理想发射时间，从而实现同时击中目标。上述两种方案是现有实现多弹时间一致打击目标的主流方法，具有一定的工程应用价值，但是也存在一定的局限。基于剩余时间估计的方案，要求弹载传感器具有较高的探测能力且对目标的运动特性建模较为准确才能较好地估计出剩余攻击时间；基于指定攻击时间的方案要求在每次发射任务前针对本次任务特点进行计算，然后按照方案制导实施导引，故系统的自主性能差，不能更具外界环境及目标状态变化而变化。综上所述，为实现高毁伤性饱和攻击，需要设计一种对弹上探测设备要求不高，且具有一定的自主性的多弹时间一致协同制导方法。此外，时间延迟在实际物理系统中较为普遍且无法避免，多弹集群系统也不例外，且在复杂作战环境下，条件往往更加苛刻。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种时变时延条件下多导弹协同制导方法及系统，以在时间延迟存在的情况下，降低对弹上探测设备的要求，提高系统的自主性能。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，包括：获取弹目运动信息；所述弹目运动信息包括导弹与目标之间的相对距离、目标视线方位角、导弹视线方位角、导弹速度向量与基准线之间的夹角、目标速度向量与基准线之间的夹角、导弹前置角、目标前置角、导弹速度和目标速度；由所述弹目运动信息构建弹目相对运动方程；采用反馈线性化方法对所述弹目相对运动方程进行处理，得到多导弹系统线性模型；基于一致性原理，由所述多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和所述弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载；由所述第一法向过载和所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击。可选的，所述弹目相对运动方程为：其中，r为导弹与目标之间的相对距离，qT为目标视线方位角，q为导弹视线方位角，σ为导弹速度向量与基准线之间的夹角，σT为目标速度向量与基准线之间的夹角，η为导弹前置角，ηT为目标前置角，V为导弹速度，VT为目标速度。可选的，所述多导弹系统线性模型为其中，i表示多导弹系统中的第i枚导弹，xi(t)为t时刻第i枚导弹的状态变量，xi(t)＝[x1i(t),x2i(t)]T，x1i(t)＝ri(t)，x2i(t)＝-cosηi(t)，ri(t)为t时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，ηi(t)为t时刻第i枚导弹的前置角，为xi(t)的导数，ui(t)为理论控制输入，η(t)为t时刻的导弹前置角，g为重力加速度，Vi为第i枚导弹的速度，ni(t)为第i枚导弹所需的第一法向过载，可选的，所述基于一致性原理，由所述多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和所述弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载，具体包括：基于通信拓扑函数和通信时延确定系统所需的控制输入其中，u′i(t)为系统中第i枚导弹所需的控制输入，xi(t)为t时刻第i枚导弹的状态变量，K1为第一控制增益矩阵，K2为第二控制增益矩阵，σ(t)为通信拓扑函数，τ(t)为通信时延，t-τ(t)表示延迟后的时间，j表示第i枚导弹的邻居导弹的序号，为第i枚导弹的邻居导弹的集合，ωij表示第i枚导弹与第j枚导弹的之间的通信拓扑权重，xj(t-τ(t))表示第j枚导弹在t-τ(t)时刻的状态变量，xi(t-τ(t))表示第i枚导弹在t-τ(t)时刻的状态变量；将所述系统所需的控制输入代入所述多导弹系统线性模型中，得到导弹所需的第一法向过载其中，ni(t)为第i枚导弹所需的第一法向过载，ηi(t)为t时刻第i枚导弹的前置角，Vi为第i枚导弹的速度，g为重力加速度，ri(t)为t时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，ri(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，rj(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第j枚导弹与目标之间的相对距离，ηi(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第i枚导弹的前置角，ηj(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第j枚导弹的前置角；依据所述弹目运动信息，采用比例导引法确定导弹所需的第二法向过载其中，为第i枚导弹所需的第二法向过载，k为比例导引法的导航比，为第i枚导弹的视线方位角的导数。可选的，所述由所述第一法向过载和所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击，具体包括：由所述第一法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击；当所有的剩余弹目距离差均小于设定距离，且所有的前置角差均小于设定角度时，由所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击；所述剩余弹目距离差为两个导弹的剩余弹目距离的差值；所述前置角差为两个导弹的前置角的差值。本专利技术还提供了一种时变时延条件下多导弹协同制导系统，包括：运动信息获取模块，用于获取弹目运动信息；所述弹目运动信息包括导弹与目标之间的相对距离、目标视线方位角、导弹视线方位角、导弹速度向量与基准线之间的夹角、目标速度向量与基准线之间的夹角、导弹前置角、目标前置角、导弹速度和目标速度；运动方程确定模块，用于由所述弹目运动信息构建弹目相对运动方程；导弹系统线性模型确定模块，用于采用反馈线性化方法对所述弹目相对运动方程进行处理，得到多导弹系统线性模型；法向过载确定模块，用于基于一致性原理，由所述多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和所述弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载；控制模块，用于由所述第一法向过载和所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击。可选的，所述运动方程确定模块中的所述弹目相对运动方程为：其中，r为导弹与目标之间的相对距离，qT为目标视线方位角，q为导弹视线方位角，σ为导弹速度向量与基准线之间的夹角，σT为目标速度向量与基准线之间的夹角，η为导弹前置角，ηT为目标前置角，V为导弹速度，VT为目标速度。可选的，所述导弹系统线性模型确定模块中的所述多导弹系统线性模型为其中，i表示多导弹系统中的第i枚导弹，xi(t)为t时刻第i枚导弹的状态变量，xi(t)＝[x1i(t),x2i(t)]T，x1i(t)＝ri(t)，x2i(t)＝-cosηi(t)，ri(t)为t时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，ηi(t)为t时刻第i枚导弹的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，其特征在于，包括：/n获取弹目运动信息；所述弹目运动信息包括导弹与目标之间的相对距离、目标视线方位角、导弹视线方位角、导弹速度向量与基准线之间的夹角、目标速度向量与基准线之间的夹角、导弹前置角、目标前置角、导弹速度和目标速度；/n由所述弹目运动信息构建弹目相对运动方程；/n采用反馈线性化方法对所述弹目相对运动方程进行处理，得到多导弹系统线性模型；/n基于一致性原理，由所述多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和所述弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载；/n由所述第一法向过载和所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击。/n

【技术特征摘要】
1.一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，其特征在于，包括：
获取弹目运动信息；所述弹目运动信息包括导弹与目标之间的相对距离、目标视线方位角、导弹视线方位角、导弹速度向量与基准线之间的夹角、目标速度向量与基准线之间的夹角、导弹前置角、目标前置角、导弹速度和目标速度；
由所述弹目运动信息构建弹目相对运动方程；
采用反馈线性化方法对所述弹目相对运动方程进行处理，得到多导弹系统线性模型；
基于一致性原理，由所述多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和所述弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载；
由所述第一法向过载和所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击。


2.根据权利要求1所述的一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，其特征在于，所述弹目相对运动方程为：



其中，r为导弹与目标之间的相对距离，qT为目标视线方位角，q为导弹视线方位角，σ为导弹速度向量与基准线之间的夹角，σT为目标速度向量与基准线之间的夹角，η为导弹前置角，ηT为目标前置角，V为导弹速度，VT为目标速度。


3.根据权利要求1所述的一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，其特征在于，所述多导弹系统线性模型为



其中，i表示多导弹系统中的第i枚导弹，xi(t)为t时刻第i枚导弹的状态变量，xi(t)＝[x1i(t),x2i(t)]T，x1i(t)＝ri(t)，x2i(t)＝-cosηi(t)，ri(t)为t时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，ηi(t)为t时刻第i枚导弹的前置角，为xi(t)的导数，ui(t)为理论控制输入，η(t)为t时刻的导弹前置角，g为重力加速度，Vi为第i枚导弹的速度，ni(t)为第i枚导弹所需的第一法向过载，


4.根据权利要求1所述的一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，其特征在于，所述基于一致性原理，由所述多导弹系统线性模型、通信拓扑函数、通信时延和所述弹目运动信息确定导弹所需的第一法向过载和导弹所需的第二法向过载，具体包括：
基于通信拓扑函数和通信时延确定系统所需的控制输入



其中，u′i(t)为系统中第i枚导弹所需的控制输入，xi(t)为t时刻第i枚导弹的状态变量，K1为第一控制增益矩阵，K2为第二控制增益矩阵，σ(t)为通信拓扑函数，τ(t)为通信时延，t-τ(t)表示延迟后的时间，j表示第i枚导弹的邻居导弹的序号，为第i枚导弹的邻居导弹的集合，ωij表示第i枚导弹与第j枚导弹的之间的通信拓扑权重，xj(t-τ(t))表示第j枚导弹在t-τ(t)时刻的状态变量，xi(t-τ(t))表示第i枚导弹在t-τ(t)时刻的状态变量；
将所述系统所需的控制输入代入所述多导弹系统线性模型中，得到导弹所需的第一法向过载



其中，ni(t)为第i枚导弹所需的第一法向过载，ηi(t)为t时刻第i枚导弹的前置角，Vi为第i枚导弹的速度，g为重力加速度，ri(t)为t时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，ri(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第i枚导弹与目标之间的相对距离，rj(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第j枚导弹与目标之间的相对距离，ηi(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第i枚导弹的前置角，ηj(t-τ(t))为t-τ(t)时刻第j枚导弹的前置角；
依据所述弹目运动信息，采用比例导引法确定导弹所需的第二法向过载



其中，为第i枚导弹所需的第二法向过载，k为比例导引法的导航比，为第i枚导弹的视线方位角的导数。


5.根据权利要求1所述的一种时变时延条件下多导弹协同制导方法，其特征在于，所述由所述第一法向过载和所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击，具体包括：
由所述第一法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击；
当所有的剩余弹目距离差均小于设定距离，且所有的前置角差均小于设定角度时，由所述第二法向过载控制多个导弹对攻击目标进行攻击；所述剩余弹目距离差为两个导弹的剩余弹目距离的差值；所述前置角差为两个导弹的前置角的差值。


6.一种时变时延条件下多导弹协同制导系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：董希旺，周思全，任章，李清东，韩亮，吕金虎，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11