一种反低小慢目标的无人机拦截方法技术

本发明专利技术公开了一种反低小慢目标的无人机拦截方法，包括以下步骤：S1、获取目标运动状态信息；S2、解算过载指令；S3、根据过载指令控制无人机飞行，对目标进行拦截；在步骤S2中，通过设置虚拟交班点将制导过程分为两个阶段，两个阶段采用不同的控制算法解算过载指令。本发明专利技术所述的反低小慢目标的无人机拦截方法，具有拦截轨迹相对平直，拦截轨迹长度短、拦截耗时短等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种反低小慢目标的无人机拦截方法
本专利技术涉及一种无人机拦截方法，具体涉及一种反低小慢目标的无人机拦截方法，无人机控制领域。
技术介绍
“低慢小”目标(LSST)，是指具有低空、超低空飞行(飞行高度在1000m以下)，飞行速度小于200km/h，不易被雷达发现等全部或部分特征的小型航空器和空飘物。低慢小航空器飞行高度在1000米以下、飞行时速小于200公里、雷达反射面积小于2平方米的航空器具，由于“低慢小”目标涉及的范围比较广(包括中小型飞机、直升机、滑翔机、热气球、无人机等通用航空器材及航空运动器材等)，加上科技的发展，使得“低慢小”目标得到广泛使用和迅速发展。“低慢小”目标的发展提高了国民经济发展水平，但它试一把双刃剑，近几年“低慢小”事件明显上升，“低慢小”目标的发展对重点目标、重点区域和重大活动产生的重大威胁也日益突出，特别是恐怖形式如此严重的情况下，一旦被有些不良用心的人或敌对分子利用，将产生不可想象的后果。随着我国低空空域的开放，对“低慢小”目标的监管与防范成为亟待解决的问题，准确探测、拦截和打击目标十分重要和紧迫。“低慢小”目标具有难探测、难防御的特点，目前对“低慢小”目标的拦截方式主要分软杀伤和硬杀伤两种。软击杀通过干扰通信链路、干扰导航定位系统和干扰侦查设备来实现削弱“低慢小”目标的作战能力。硬杀伤通过派遣直升机打击、无人机打击和摧毁地面站的形式的干预手段。其中因为无人机的战场感知能力强、灵活度高、成本低等一系列优势，利用无人机打击“低慢小”目标成为一种费效比非常可观的手段。>目前，拦截低慢小目标的无人机多采用传统的PID控制算法和比例导引法，但低慢小目标不同于传统的移动目标，由于其质量小、速度慢，使其具有转弯灵活、机动性强的特点，使得传动的控制算法具有诸多缺陷：传统的PID控制算法在目标轨迹为水平直线时，能够实现对轨迹的良好跟踪，但是低慢小目标做复杂的曲线运动时，会出现相当大的跟踪误差；传统的比例导引法对末端需求过载过大，随着低慢小目标机动性能的提升和机动方式的多样化，传统的比例导引法性能已难以精准实现对低慢小目标机末端的拦截。由于上述原因，亟需提出一种能够解决上述问题的反低小慢目标的无人机拦截方法。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种反低小慢目标的无人机拦截方法，包括以下步骤：S1、获取目标运动状态信息；S2、解算过载指令；S3、根据过载指令控制无人机飞行，对目标进行拦截。在步骤S1中，所述目标运动状态信息是通过无人机上的光电吊舱及其控制模块捕获识别的，所述光电吊舱及其控制模块能够执行目标识别和跟踪，输出目标与无人机之间相对距离R、相对速度Vr和目标相对于无人人机的视线角qi、视线角速率在步骤S2中，将制导过程分为两个阶段，两个阶段采用不同的控制算法解算过载指令，所述解算过载指令为解算视线系下过载指令。通过设置虚拟交班点将制导过程分成两个阶段，所述虚拟交班点在纯比例导引法形成的弹道轨迹中选择，所述纯比例导引法形成的弹道轨迹是指，在无人机发射前，无人机根据自身位置和目标位置确定的预设轨迹，预设轨迹的末端为预估拦截点。在本专利技术中，无人机在在整个飞行过程中的过载指令aL通过下式(一)表示：其中，N1、N2表示比例系数；Vr表示视线系下目标与无人机的相对速度，由光电吊舱解算获得；分别表示视线系下无人机与虚拟交班点、预估拦截点的弹目视线角速率，由光电吊舱和机载计算机解算获得；Z2表示从当前时刻起，无人机不再执行任何控制指令的情况下到达虚拟交班点的零控脱靶量；tgo,、tgo,分别表示无人机至虚拟交班点、无人机至预估拦截点的剩余飞行时间；tf,1、tf,2表示无人机到达虚拟交班点、预估拦截点的时刻。进一步地，所述比例系数N1、N2可通过如下式(二)获得：根据本专利技术，所述零控脱靶量Z2可通过下式(三)获得：tgo,、tgo,通过下式(四)获得：其中，R表示无人机与目标的相对距离，由光电吊舱解算获得；V表示无人机惯性系下的速度，由无人机机载计算机解算获得；N表示比例导引系数，优选地，取N＝3。无人机到达虚拟交班点、预估拦截点的时刻tf,1、tf,2可通过下式(五)获得：t表示无人机飞行时间以无人机起飞时刻为计时零点开始计时，由无人机机载计算机解算获得。在本专利技术中，在步骤S3中，将解算的视线系下的过载指令转换为惯性系下过载指令，无人机按照惯性系下过载指令控制飞行，对目标进行拦截。本专利技术所具有的有益效果包括：(1)根据本专利技术提供的反低小慢目标的无人机拦截方法，通过光电吊舱在无人机上的使用解决了拒止环境下目标和无人机相对运动信息未知的难题，为制导控制系统提供了准确的制导信息；(2)根据本专利技术提供的反低小慢目标的无人机拦截方法，拦截轨迹相对平直，拦截轨迹长度短。(3)根据本专利技术提供的反低小慢目标的无人机拦截方法，拦截耗时短、拦截速度快。附图说明图1示出根据本专利技术一种优选实施方式的反低小慢目标的无人机拦截方法流程示意图；图2示出实施例1与对比例1中的无人机的运行轨迹图；图3示出实施例1与对比例2中的无人机的运行轨迹图；图4示出实施例1与对比例1中的无人机与目标的相对位置随时间变化曲线图；图5示出实施例1与对比例2中的无人机与目标的相对位置随时间变化曲线图。具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。本专利技术提供了一种反低小慢目标的无人机拦截方法，包括以下步骤：S1、获取目标运动状态信息；S2、解算过载指令；S3、根据过载指令控制无人机飞行，对目标进行拦截。在步骤S1中，所述目标运动状态信息是通过无人机上的光电吊舱及其控制模块捕获识别的，所述光电吊舱及其控制模块能够执行目标识别和跟踪，输出目标与无人机之间相对距离R、相对速度Vr和目标相对于无人人机的视线角qi、视线角速率在本专利技术中，对光电吊舱及其控制模块不做特别限定，可以是已知的任意一种光电吊舱及控制模块，例如专利CN201710014199.7中相关的装置。根据本专利技术，在步骤S2中，所述解算过载指令为解算视线系下过载指令。所述视线系以无人机质心为原点，无人机与目标连线为x轴，z轴垂直x轴指向上，y轴与x、z轴构成右手定则；传统的制导方法，例如PID控制算法难以实现对具有复杂轨迹的低小慢目标的跟踪，而比例导引法形成的制导方法，对末端需求过载过大，对无人机的性能要求较高，这种高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反低小慢目标的无人机拦截方法，包括以下步骤：/nS1、获取目标运动状态信息；/nS2、解算过载指令；/nS3、根据过载指令控制无人机飞行，对目标进行拦截。/n

【技术特征摘要】
1.一种反低小慢目标的无人机拦截方法，包括以下步骤：
S1、获取目标运动状态信息；
S2、解算过载指令；
S3、根据过载指令控制无人机飞行，对目标进行拦截。


2.根据权利要求1所述的反低小慢目标的无人机拦截方法，其特征在于，
在步骤S1中，所述目标运动状态信息是通过无人机上的光电吊舱及其控制模块捕获识别的，所述光电吊舱及其控制模块能够执行目标识别和跟踪，输出目标与无人机之间相对距离R、相对速度Vr和目标相对于无人人机的视线角qi、视线角速率


3.根据权利要求1所述的反低小慢目标的无人机拦截方法，其特征在于，
在步骤S2中，将制导过程分为两个阶段，两个阶段采用不同的控制算法解算过载指令，所述解算过载指令为解算视线系下过载指令。


4.根据权利要求3所述的反低小慢目标的无人机拦截方法，其特征在于，
通过设置虚拟交班点将制导过程分成两个阶段，所述虚拟交班点在纯比例导引法形成的弹道轨迹中选择，所述纯比例导引法形成的弹道轨迹是指，在无人机发射前，无人机根据自身位置和目标位置确定的预设轨迹，预设轨迹的末端为预估拦截点。


5.根据权利要求3所述的反低小慢目标的无人机拦截方法，其特征在于，
无人机在在整个飞行过程中的过载指令aL通过下式(一)表示：



其中，N1、N2表示比例系数；
Vr表示视线系下目标与无人机的相对速度，由光电吊舱解算获得；

分别表示视线系下无人机与虚拟交班点、预估拦截点的弹目视线角速率，由光电吊舱和机载计算机解算获得；

【专利技术属性】
技术研发人员：宋韬，章成，林德福，吴则良，王江，陶宏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11