一种无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法，包括以下步骤：S1、以无人机和有人机为中心建立动态栅格环境坐标系；S2、根据敌机位置对无人机进行路径规划；S3、根据敌机位置对无人机进行速度规划；S4、根据敌机数量进行双机协同策略规划；S5、按照路径规划、速度规划、双机协同策略规划进行转移操作，在转移过程中避免进入敌机的火控雷达威胁范围以及敌机的电子干扰范围；S6、根据最新的敌机位置，每隔一秒更新一次路径规划、速度规划、双机协同策略规划，并按照最新的路径规划、速度规划、双机协同策略规划再次进行转移操作；直至无人机的位置达到武器发射条件为止。直至无人机的位置达到武器发射条件为止。直至无人机的位置达到武器发射条件为止。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法


[0001]本专利技术涉及无人机对战领域，尤其涉及一种无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法。

技术介绍

[0002]空战对抗是现代作战中夺取制空权的主要作战样式，对掌控空中态势发展，达成战术意图具有重要意义。近年来，无人机技术虽得到快速发展，军事装备的无人化程度越来越高，但空战对抗领域仍是有人机的舞台，无人机还远无法达到空战对抗的性能要求。空战战术决策是空战过程中的关键核心。由于无人机自主决策能力的不足，对于复杂的空中态势认知能力欠缺，使得其在空战对抗中往往只能落入下风，难以达成战术目的。但无人机替代有人机执行空战任务是未来必然趋势，将极大丰富空中作战样式，颠覆空战场面貌。早在2016年6月，人工智能ALPHA就在空战模拟实验室中以100％的概率战胜了空战专家、美军退役上校Gene Leep。虽然还只是模拟试验，但已足够验证算法的有效性，离试飞验证和实战检验相差不远。
[0003]国内外对无人机空战问题展开了大量研究，基于智能算法、神经网络、专家系统、博弈论、贝叶斯网络理论等算法是当前实现无人机自主机动决策的主要方法。但目前的各类文献中，大多是单机空战对抗，不涉及态势的判断和目标分配的问题，使用时会存在一定的局限性。虽然有文献对多机空战进行了研究，可实现二对一对抗中的协同决策，但主要对抗领域为近距对抗，未考虑敌机电子干扰作用；因此，有必要研究一种可以有效规避敌机火控雷达锁定和干扰吊舱干扰并尽早构成武器发射条件的无人机对抗路径规划方法来解决上述问题。
专利技术内容
[0004]本专利技术目的是针对上述问题，提供一种可以有效规避敌机干扰威胁的无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法，包括以下步骤：
[0007]S1、以无人机和有人机为中心建立动态栅格环境坐标系；
[0008]S2、根据敌机位置对无人机进行路径规划；
[0009]S3、根据敌机位置对无人机进行速度规划；
[0010]S4、根据敌机数量进行双机协同策略规划；
[0011]S5、按照路径规划、速度规划、双机协同策略规划进行转移操作，在转移过程中避免进入敌机的火控雷达威胁范围以及敌机的电子干扰范围；
[0012]S6、根据最新的敌机位置，每隔一秒更新一次路径规划、速度规划、双机协同策略规划，并按照最新的路径规划、速度规划、双机协同策略规划再次进行转移操作；直至无人机的位置达到武器发射条件为止。
[0013]进一步的，所述步骤S1中，动态栅格环境坐标系与大地坐标系之间的坐标转换公式为：
[0014][0015]式中：(x,y)为动态栅格环境坐标系中的坐标，(x',y')为大地坐标系中的坐标，α为动态栅格环境坐标系中坐标与大地坐标系中坐标形成的角度，β为无人机在动态栅格环境坐标系中的位置向量与动态栅格环境坐标系中x轴形成的夹角。
[0016]进一步的，所述步骤S2中，路径规划的计算公式为：
[0017][0018]式中：g(n)为规划路径中在敌机火控雷达威胁范围和电子干扰范围内的路径长度；C
f
为火控雷达的威胁系数；C
e
为电子干扰的威胁系数；l为节点n至敌机的距离；h(n)为期望信息；C
d
为距离代价系数；l
*
为节点n至引导点的距离，其计算公式为：
[0019][0020]式中：θ为敌机航向向量与无人机至敌机的方向向量之间的夹角；θ1为敌机航向与威胁区域边界所成夹角。
[0021]进一步的，所述步骤S3中，速度规划的计算公式为：
[0022]f
v
(a
m
)＝L(n)/V(a
m
)
·
(C
vf
+C
ve
+C
vl
)+|V
c
‑
V(a
m
)|
·
C
vc
+C
va
·
|a
m
|+C
s max
+C
s min
；
[0023]C
s max
＝C
max
/(1+|V(a
m
)
‑
V
uav max
|)；
[0024]C
s min
＝C
min
/(1+|V(a
m
)
‑
V
uav min
|)；
[0025]C
max
＝∑t
max
·
C
vmax
；
[0026]C
min
＝∑t
min
·
C
vmin
；
[0027]式中：a
m
为离散化的加速度；L(n)为第n段路径的长度；V(a
m
)为节点n规划的速度；C
vf
、C
ve
、C
vl
、C
vc
、C
va
、C
v max
、C
v min
均为常数；V
c
为无人机的最佳巡航速度；C
s max
、C
s min
分别为无人机的最大、最小速度代价值；V
uav max
、V
uav min
分别为无人机的最大、最小速度。
[0028]进一步的，所述步骤S4中，双机协同策略规划包括以下步骤：
[0029]S41、判断敌机的双机状态；
[0030]S42、根据敌机双机状态进行对抗战术规划；当敌机的双机状态为双机合力攻击我
方单个无人机，则令我方被攻击无人机主动逃逸，另一架无人机对敌机进行攻击；当敌机的双机状态为分离攻击我方无人机，则我方无人机进行一对一对抗攻击；
[0031]S43、我方无人机进行信息交互操作，在进行一对一对抗攻击时通过敌机位置选取最佳对敌方案。
[0032]进一步的，所述步骤S5中，敌机火控雷达威胁范围的计算公式为：
[0033][0034]式中：为敌机的航向向量；为敌机指向无人机的方向向量；α
ef
为敌机火控雷达辐射角度的一半；l
ue
为无人机到敌机的距离；l
ef
为敌机火控雷达的作用距离。
[0035]进一步的，所述步骤S5中，敌机电子干扰范围的计算公式为：
[0036][0037]式中：α
ee1
和α
ee2
为电子干扰吊舱的辐射角度范围，l
ee
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、以无人机和有人机为中心建立动态栅格环境坐标系；S2、根据敌机位置对无人机进行路径规划；S3、根据敌机位置对无人机进行速度规划；S4、根据敌机数量进行双机协同策略规划；S5、按照路径规划、速度规划、双机协同策略规划进行转移操作，在转移过程中避免进入敌机的火控雷达威胁范围以及敌机的电子干扰范围；S6、根据最新的敌机位置，每隔一秒更新一次路径规划、速度规划、双机协同策略规划，并按照最新的路径规划、速度规划、双机协同策略规划再次进行转移操作；直至无人机的位置达到武器发射条件为止。2.如权利要求1所述的无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法，其特征在于：所述步骤S1中，动态栅格环境坐标系与大地坐标系之间的坐标转换公式为：式中：(x,y)为动态栅格环境坐标系中的坐标，(x',y')为大地坐标系中的坐标，α为动态栅格环境坐标系中坐标与大地坐标系中坐标形成的角度，β为无人机在动态栅格环境坐标系中的位置向量与动态栅格环境坐标系中x轴形成的夹角。3.如权利要求2所述的无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法，其特征在于：所述步骤S2中，路径规划的计算公式为：式中：g(n)为规划路径中在敌机火控雷达威胁范围和电子干扰范围内的路径长度；C
f
为火控雷达的威胁系数；C
e
为电子干扰的威胁系数；l为节点n至敌机的距离；h(n)为期望信息；C
d
为距离代价系数；l
*
为节点n至引导点的距离，其计算公式为：式中：θ为敌机航向向量与无人机至敌机的方向向量之间的夹角；θ1为敌机航向与威胁区域边界所成夹角。4.如权利要求3所述的无人机双机空战对抗侧向机动路径规划方法，其特征在于：所述
步骤S3中，速度规划的计算公式为：f
v
(a
m
)＝L(n)/V(a
m
)
·
(C
vf
+C
ve
+C
vl
)+|V
c
‑
V(a
m
)|
·
C
vc
+C
va
·
|a
m
|+C
smax
+C
smin
；C
smax
＝C
max
/(1+|V(a
m
)
‑
V
uavmax
|)；C
smin
＝C
min
/(1+|V(a

【专利技术属性】
技术研发人员：甘旭升，王明华，魏潇龙，杨芮，唐雪琴，杨丽薇，孟祥伟，杨国洲，刘飞，高睿怡，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：