一种可变速飞行器的时间协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可变速飞行器的时间协同控制方法和系统。本发明专利技术所提供的方法利用多飞行器飞行过程中，根据目标与每架飞行器的相对运动状态实时调整各飞行器的制导律，使得多飞行器同时打击目标。本发明专利技术不仅使初始条件不同的各飞行器均能在期望攻击时间击中目标，实现全方位的精准攻击，而且通过改变飞行器飞行速度使同时达到目标，从而更好的发挥飞行器的性能，避免不必要的能量浪费。避免不必要的能量浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种可变速飞行器的时间协同控制方法


[0001]本专利技术涉及飞行器控制
，尤其是涉及一种可变速飞行器的时间协同控制方法和系统。

技术介绍

[0002]飞行器因其成本低、配置灵活而逐渐出现在信息化、无人化战争中。
[0003]目前，实现多飞行器同时击中一个目标的制导方法主要分为两种：开环协同制导方法和闭环协同制导方法。
[0004]开环协同制导方法最先基于速度不可控的导弹开展，仅能通过改变飞行轨迹实现对攻击时间的约束。对于速度大小可变化的飞行器来说，无法发挥飞行器的最优性能，造成不必要的能量损失。而部分开环协同制导方法虽能应用到可变速飞行器中，但被攻击的对象均为静止目标，无法对机动目标实现协同打击，应用场景受限。
[0005]闭环协同制导方法不需要提前规划攻击时间，而是在飞行过程中通过通信网络进行实时信息交汇，通过群内其他飞行器的状态来调整自身状态，形成对应的控制指令，达到同时击中的效果。但闭环协同方法的通信网络易被干扰，通信受阻导致无法实时交流信息。且一旦某一架飞行器损坏，会导致整个飞行器群失控。这种协同制导方法对通信网络的抗干扰能力要求高，且容错率低、损失大，在工程中难以应用。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种可变速飞行器的时间协同控制方法和系统。
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供的一种可变速飞行器的时间协同控制方法，其利用多飞行器飞行过程中，根据目标与每架飞行器的相对运动状态实时调整各飞行器的制导律，使得多飞行器同时打击目标。
[0008]第二方面，本专利技术提供的一种可变速飞行器的时间协同控制系统。该系统包括：
[0009]状态获取模块，其用于实时获取目标的速度和加速度；
[0010]制导律获取模块，其用于根据期望攻击时间、目标的加速度、以及目标相对于飞行器的运动信息，实时获取每架飞行器的制导律，其中运动信息包括距离、速度、视线角、视线角速率；
[0011]执行模块，其用于通过每架飞行器的制导律，控制多飞行器在期望攻击时间攻击目标。
[0012]本专利技术的一种可变速飞行器的时间协同控制方法和系统所具有的有益效果包括：
[0013](1)本专利技术提供的方法通过图像采集装置和光电吊舱对目标进行探测和跟踪，与雷达和天基平台相比，精度高、直观性强、成本低、不受杂波干扰的影响；
[0014](2)本专利技术提供的方法能够对目标运动进行估计，并且据此进行自主导航；结合灵活的制导律，能够在最短时间内对机动目标进行快速、稳定跟踪，并使初始条件不同的各飞
行器均能在期望攻击时间击中目标，实现全方位的精准攻击；并且通过改变飞行器飞行速度使同时达到目标，从而更好的发挥飞行器的性能，避免不必要的能量浪费；
[0015](3)本专利技术提供的方法将制导律分为法向加速度指令和径向加速度指令，分别实现位置约束和时间约束，保证飞行器在期望攻击时间击中任意运动状态的目标，从而满足多飞行器协同打击的任务需求，实现全程自主作业，对机动目标进行同时、精确的全方位饱和攻击。
附图说明
[0016]图1示出本专利技术的一种可变速飞行器的时间协同控制方法流程示意图；
[0017]图2示出本专利技术的一种可变速飞行器的时间协同控制系统结构示意图；
[0018]图3示出本专利技术实施例1中4架初始条件不同的飞行器和目标的运动轨迹示意图；
[0019]图4示出本专利技术实施例1中4架初始条件不同的目标相对于飞行器的距离随时间变化示意图；
[0020]图5示出本专利技术实施例1中4架初始条件不同的飞行器剩余飞行时间随时间变化示意图；
[0021]图6示出本专利技术实施例1中4架初始条件不同的飞行器在惯性坐标系(东北天)三个方向的加速度控制指令示意图；
[0022]图7示出本专利技术实施例1中4架初始条件不同的飞行器的速度控制曲线示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0024]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0025]目前，开环协同制导方法，对可变速飞行器来说，无法发挥飞行器的最优性能，造成不必要的能量损失。而部分开环协同制导方法虽能应用到可变速飞行器中，但被攻击的对象均为静止目标，无法对机动目标实现协同打击，应用场景受限。
[0026]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种可变速飞行器的时间协同控制方法。该方法利用多飞行器飞行过程中，根据目标与每架飞行器的相对运动状态实时调整各飞行器的制导律，使得多飞行器同时打击目标。本专利技术对开环协同制导进一步改进，实现全程自主作业，对机动运动的目标进行同时、精确的全方位饱和攻击。
[0027]具体地，本专利技术提供的一种可变速飞行器的时间协同控制方法，如图1所示，主要包括以下步骤：
[0028]S101、实时获取目标的速度和加速度。
[0029]优选地，步骤S101之前还可以包括：
[0030]S100
‑
1、获取包含目标的多帧图像。例如每架飞行器均携带图像采集装置(如摄像
机等)，利用图像采集装置连续拍摄目标。
[0031]在本专利技术中，飞行器优选为旋翼无人机或固定翼无人机，更优选为具有四个螺旋桨以上的旋翼无人机。
[0032]通过将实时获得的制导律输入给飞行器的旋翼控制系统中，旋翼控制系统能够根据输入的制导律，调节旋翼螺旋桨转速，转速变化引起旋翼升力变化，进而控制飞行器的姿态和位置。
[0033]值得注意的是，本专利技术对目标的形式不做具体限制，做机动运动的物体即可成为本专利技术的目标。例如目标可以为地面上运动物体，也可以为空中运动的待攻击飞行器。
[0034]S100
‑
2、根据包含目标的多帧图像，实时获得目标相对于飞行器的运动信息，从而实现对目标的连续跟踪，其中运动信息包括目标相对于飞行器俯仰方向的视线角q
y
，目标相对于飞行器偏航方向的视线角q
z
，和目标相对于飞行器的距离R。
[0035]在本专利技术中，通过每架飞行器获取的包含目标的多帧图像，每架飞行器均能够获得目标的运动信息，并利用卡尔曼滤波算法预测目标的状态，并根据预测的目标的状态控制每架飞行器上携带的光电吊舱连续观测、跟踪目标。
[0036]优选地，光电吊舱可以选用本领域中已有的光电吊舱，能够执行目标跟踪，输出目标相对于飞行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变速飞行器的时间协同控制方法，其特征在于，利用多飞行器飞行过程中，根据目标与每架飞行器的相对运动状态实时调整各飞行器的制导律，使得多飞行器同时打击目标。2.根据权利要求1所述的可变速飞行器的时间协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、实时获取目标的速度和加速度；S102、根据期望攻击时间、目标的加速度、以及目标相对于飞行器的运动信息，实时获取每架飞行器的制导律，其中运动信息包括距离、速度、视线角、视线角速率；S103、通过每架飞行器的制导律，控制多飞行器在期望攻击时间攻击目标。3.根据权利要求2所述的可变速飞行器的时间协同控制方法，其特征在于，在步骤S102中，制导律包括法向加速度指令和径向加速度指令；优选地，法向加速度指令通过式一表示：其中，a
c
表示法向加速度指令；表示视线坐标系到惯性坐标系的转换矩阵；N表示比例导引率；V
c
表示目标相对于飞行器的速度；Ω
Los
表示目标相对于飞行器的视线角速率；a
tn
表示惯性坐标系下目标的法向加速度。4.根据权利要求3所述的可变速飞行器的时间协同控制方法，其特征在于，视线坐标系到惯性坐标系的坐标旋转矩阵通过式二表示：其中，q
y
表示目标相对于飞行器俯仰方向的视线角；q
z
表示目标相对于飞行器偏航方向的视线角。5.根据权利要求3所述的可变速飞行器的时间协同控制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祎婧，宋韬，陶宏，章成，李若萱，张越炜，吴则良，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：