通信速率约束下一体化角度协同制导控制方法

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次传输数据的字长、两次传输数据间隔的通信速率约束,采用量化器-编码器-解码器实现限制通信速率情况下的协同一体化制导控制设计。之后,通过严格的理论分析证明了满足强连通图有向通信网络下,多飞行器系统能够达成一致性且收敛到期望的相对视线角,并给出了满足收敛条件的参数选择范围。最后,通过数学仿真校验,验证了所提出的方法在较低的通信速率下能够完成协同。

具有角度和时间约束的固定时间协同制导律

针对多飞行器协同打击机动目标问题,提出一种具有终端角度约束和时间一致性约束的固定时间收敛协同中制导方法。建立二维场景下飞行器-目标视线(LOS)坐标系,将加速度分解为沿视线方向和与视线垂直方向。首先,基于代数图论和分布式合作协议算法,对飞行器的沿视线方向加速度进行设计,以保证多个飞行器的剩余飞行时间在固定时间内收敛至一致。其次,基于滑模控制理论和固定时间到达算法,构建飞行器视线法线方向加速度计算方法,使得视线角在固定时间内收敛到期望值。此外,针对目标加速度未知的问题,采用固定时间观测器进行估计,并在制导指令中进行补偿。仿真结果表明所提出的协同制导方法能够在固定时间内实现剩余飞行时间和视线角度的收敛。

考虑通信拓扑切换的多导弹协同制导研究

针对通信拓扑切换下多导弹协同打击问题,提出了一种基于切换策略的时空协同制导律。针对时间约束,结合一致性算法设计分布式制导律,并基于李雅普诺夫理论证明系统在有限时间收敛,可以实现同时打击。对于空间约束,采用弹道成型制导律使各导弹收敛到期望的视线角。设计切换策略,使得导弹能够同时实现时间和角度协同攻击。仿真分析验证了所设计制导律能在切换拓扑条件下和弹群失去1枚导弹的情况下实现齐射攻击和角度约束。

三维自适应固定时间多导弹协同制导律

针对三维空间内多导弹对机动目标同时攻击的问题,提出一种具有自适应律的三维多导弹固定时间协同制导律。建立三维空间导弹-目标动力学模型,以弹目视线方向和其垂直方向设计制导律,可保证剩余飞行时间和法向速度在固定时间内完成一致性收敛。采用自适应律来跟踪机动目标运动参数策略,提高多导弹系统的稳定性与对机动目标的打击精度。改进多导弹系统收敛条件,所设计的制导律具备了对攻击时间的约束能力。向制导律中加入饱和函数,避免因符号函数带来的系统抖振。通过仿真实验验证所提固定时间协同制导律的有效性及对抗通信拓扑切换的鲁棒性。实验结果表明:相较于对比文献所设计的制导律具有系统快速收敛以及高精度。

高速飞行器编队通信保持控制与协同制导技术研究综述

在高速武器平台网络化的背景下,对于高速滑翔飞行器(以下简称“高速飞行器”)的研究不再局限于多约束下的制导方法,而是亟须破解多飞行器协同制导控制技术难题。通过总结部分军事大国研制高速飞行器的发展历程,分析了目前多飞行器协同作战的发展现状与趋势,进而引出研究多飞行器协同制导控制技术的必要性。随后分别对编队通信保持控制技术、带飞行时间约束的协同制导控制技术以及带飞行角度约束的协同制导控制技术的研究现状进行了梳理,为多高速飞行器协同作战探索解决思路,最后对多飞行器协同制导控制技术的未来发展方向进行了展望。

抗通信时延的分布式固定时间收敛协同制导律

为使得多枚导弹在存在通信时延的情况下有效完成对机动目标的同时攻击,提出了一种抗通信时延的固定时间收敛分布式协同制导律。该制导律基于固定时间控制技术框架,实现了稳定时间边界不依赖于多导弹系统初始状态,提升了多导弹系统控制效率;采用一种快速非奇异终端滑模和虚拟领弹共同主导的方法,可实现制导律具有对抗通信时延的鲁棒性;利用了李雅普诺夫稳定性理论证明了固定时间内的一致性。仿真结果表明,存在通信时延的情况下,基于所设计的分布式协同制导律,多枚导弹能够有效地完成对目标的同时攻击。

考虑通信延迟与周期的AUV协同制导方法

针对二维机动目标,在考虑水声实时通信延迟与通信周期的基础上,对AUV中远距离巡航、近距离末端制导全流程进行分析。基于相对运动模型进行剩余时间计算,设计一种变比例系数和速度时变的多阶段协同制导律,使用李雅普诺夫有限时间收敛原理对模型进行稳定性验证,并对全流程进行仿真模拟。仿真结果证明了该协同制导方法具有较高精度。针对不同通信延迟与周期情况下的仿真结果体现的差异进行分析研究,结果表明通信延迟是导致参数调节波动的根本原因,而通信周期是影响误差收敛速度与参数波动幅值的主要因素,通信周期越大对AUV的机动性能要求越高。

有向切换拓扑条件下针对机动目标的分布式协同制导方法

针对多飞行器对机动目标的协同制导问题,在视线坐标系下建立飞行器-目标相对运动模型,在此基础上将协同制导问题分为视线角协同以及命中时间协同2个子问题。基于扩张状态观测器分别在视线方向以及视线法向设计了分布式协同制导律。通过一致性分析证明了所设计的制导律在有向切换拓扑条件下的收敛性,并通过数值仿真的方式进一步验证了制导律的有效性。

基于虚拟协商与滚动时域优化的分布式协同制导策略

针对目标机动条件下的多无人机协同制导问题,提出基于虚拟协商机制与滚动时域优化的分布式协同制导策略。为同时改善时间协调与导引控制效果,在滚动时域优化框架下设计局部协调变量与目标函数,构建有限时域内的多约束协同制导优化模型;为增强制导系统对机动目标的鲁棒性,设计基于非线性自回归神经网络的干扰观测器;针对无人机之间的控制输入耦合,提出虚拟协商机制,提出虚拟协商机制,实现同步决策、排除内部“分歧”,并利用Nesterov动量的均方根传播算法设计制导指令生成策略;分别进行数字仿真与半实物仿真实验。结果表明:所提策略可在线预测与优化,应对各类干扰,提升协同制导效果,并会在实际任务中得到进一步的应用与检验。

通信网络结构对协同制导效果影响分析

为了分析通信网络结构对协同制导效果影响,考虑目标盘旋机动和蛇形机动,以已有协调末制导律为基础,分析有中心通信网络结构和无中心通信网络结构对该协同末制导律性能指标的影响。仿真结果表明,两种机动形式下,无中心通信网络结构下空空导弹的脱靶量和制导时间均比有中心通信网络结构小,视线角误差二者相当,其在性能指标上优于有中心通信网络结构。

考虑避碰与任务分配的多飞行器协同制导技术

集群协同打击可以提升飞行器整体作战效能,然而集群内部碰撞会引起自损,降低整体作战效能。针对集群协同打击过程目标分配不合理导致的碰撞问题,基于协同打击移动目标的场景,建立了多飞行器碰撞问题的数学模型,揭示了分布式架构集群协同运动的规律。进一步,考虑飞行器的安全区域约束,基于总路径最短的目标分配方法,引入考虑时空避碰的目标评价规则,提出了兼顾避碰与协同效果的任务分配方法,并与反应式避碰策略相结合,极大地提高了集群协同飞行的安全性。仿真结果表明,研究提出的考虑时空避碰约束的任务分配方法能够有效减小碰撞概率,在保证协同打击效果的同时确保飞行安全,具有较强的工程应用价值。

拦截机动目标的多约束下协同制导律

为使多空空导弹以不同的落角同时命中机动目标的不同关键部位,提出一带有落角约束和视场角约束的三维协同制导律。首先在导弹的偏航和俯仰平面分别运用二次型最优控制的黎卡提方程推导了带有落角约束的加速度指令,以确保导弹按期望的落向和落角打击目标。其次采用可控开关反向原加速度指令的方法,对视场角进行修正,确保目标始终在导弹视场内。然后基于有限时间一致性理论,在落角约束与视场角约束的基础上设计了具有时变导引系数的协同制导律,使各导弹同时击中机动目标。最后通过仿真验证了所设计的多约束条件协同制导律的有效性与正确性,相比于比例导引可以实现对目标不同方位的协同打击,脱靶量小于0.41 m,落角落向误差均小于0.23°,时间误差在0.1 s以内,并有效避免了机动指令的抖振现象。

考虑攻击时间及空间角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计

面向三维场景下的多导弹协同攻击机动目标问题,基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论,设计考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上,基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律,驱动弹群以期望的攻击时刻协同拦截机动目标,并避免滑模固有的抖振问题;考虑视线法向的空间约束,基于固定时间非奇异终端滑模控制理论设计一种鲁棒自适应滑模制导律,在实现终端碰撞角约束的同时避免弹群间碰撞。通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:所设计三维协同制导律可以有效控制多发导弹在期望攻击时刻同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。

通信拓扑切换下的预定时间分组协同制导方法

针对通信网络拓扑结构切换下的协同制导问题,提出了一种预定时间协同制导方法(PTCGL),以保证拓扑切换下的预定时间分组收敛。首先,建立三维飞行器协同制导模型和拓扑切换下的分组协同架构:组间利用小组领队飞行器之间的协作实现分组配合,组内则通过有向通信实现组协同。随后,在通信网络拓扑结构切换的情况下,结合牵制控制和预定时间理论,基于M矩阵假设的牵制分组误差和预定时间尺度函数提出拓扑切换三维预定时间协同制导律。进一步,考虑拓扑切换驻留时间,利用Lyapunov理论证明在通信拓扑切换的情况下,该制导律可实现预定时间收敛。最后,数值仿真结果验证了所提出的协同制导方法可实现在拓扑切换下的预定时间收敛、保证分组协同打击。

考虑导弹视场约束及落点姿态的协同制导律设计

针对空空导弹协同攻击过程中视场受限的问题,提出一种带有视场角和弹着点姿态约束的协同制导律。在二维平面内建立导弹与机动目标的交战几何模型后,进行制导律的设计。首先,基于时变滑模面,设计视线法向的制导律,选取积分障碍李雅普诺夫函数,保证导弹在攻击过程始终稳定地跟踪目标,且导弹能以期望的落角攻击目标,选取积分障碍李雅普诺夫函数证明制导律收敛;其次,在对攻击剩余时间进行估计的基础上,设计具有时间约束的制导律,保证导弹在预设时间命中目标。最后,在三种假设情景中进行仿真,验证了制导律的可行性。

多群组飞行器攻击时间控制协同制导方法

考虑多主-多从式群组飞行器的协同制导问题,提出了可使得多个飞行器群组在指定时间同时命中目标的协同制导方法。首先,基于剩余命中时间一致性给出多主飞行器的攻击时间控制协同制导律,使得主飞行器能够在指定时间同时命中目标;在此基础上,为每个主飞行器所在群组的从飞行器给出基于距离一致性的协同制导律,使得从飞行器-目标距离同步于主飞行器-目标距离,从而实现所有飞行器对目标的指定时间同时命中。理论分析表明,主飞行器和从飞行器的协同制导律都具备固定时间收敛特性。仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性。

基于冲突触发避碰机制的无人飞行器集群协同制导技术

协同打击是提升飞行器集群整体作战效能的重要模式。针对密集飞行器集群协同打击目标过程中存在的相互碰撞或彼此干扰问题,建立典型的多目标协同打击的任务场景模型,揭示飞行器集群协同运动过程中的机动规律;基于效用函数最优理论研究避免碰撞的飞行器集群协调最优机动策略,保证飞行器之间避免碰撞。考虑飞行器集群协同制导中的时间/空间同步到达约束,采用基于时间管控的多约束协同制导策略,同时满足到达时间和脱靶量要求;引入基于冲突触发的协同避碰机制,提出兼顾避碰和协同打击的协同调整策略,求得满足避免碰撞与时空同步的协同制导方法。仿真结果表明,新提出的考虑避碰约束的飞行器集群协同制导方法能够保证飞行器间的安全距离约束,具有较强的协同时间管控能力和较高的制导精度,且仅需较少迭代计算,降低了对机载处理器的要求,为飞行器集群协同打击中的避碰问题提供了一种解决方法,具有较强的工程应用价值。

基于事件触发机制的多飞行器有限时间协同制导方法

针对多飞行器目标齐射问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间一致性协同制导方法,通过事件触发机制减少控制指令生成与通信频次,进而降低了信道负载,提升了通信效率与可靠性。首先,设计了两阶段制导律,第一阶段使各飞行器的中间变量一致性误差收敛至一小区间,第二阶段利用三维比例导引律完成制导。其次,将多飞行器系统制导动力学模型整理为二阶多智能体动力学系统,并通过设计终端滑模面将其降阶为一阶多智能体动力学系统。最后,基于事件触发机制,分别设计了集中式与分布式一致性制导方法。理论分析与仿真结果验证了上述方法的有效性、有限时间收敛性与Zeno现象规避性。

带有拦截时间约束的协同制导方法

针对多飞行器协同拦截机动目标问题,基于有限时间滑模控制方法和一致性理论提出一种考虑拦截时间约束的协同制导方法。基于相对运动学和动力学关系,建立考虑拦截时间和角度约束的协同拦截模型;基于滑模控制理论和超螺旋控制算法分别设计了视线方向和视线法向协同制导律以保证各飞行器拦截时间在有限时间内一致收敛且拦截角度收敛到期望值;基于一致性理论证明了所提方法有限时间一致收敛性能。仿真结果表明:所提方法能够保证各飞行器以期望拦截角同时拦截目标,验证了所提方法的有效性。

带视线角约束的三维超螺旋滑模协同制导律

针对三维情况下带视线角约束的多弹协同制导问题,基于二阶一致性理论和自适应超螺旋滑模控制方法提出了一种新的三维多弹协同制导律。在视线切向方向,设计了一种协同方法,并利用二阶一致性理论,证明了导弹的相对距离和相对速度能在有限时间内趋于一致。在视线高低角和方位角方向,设计了一个新的滑模面,并利用自适应超螺旋滑模控制方法,证明了在该制导律下导弹能够在有限时间内实现期望视线角且视线角速率收敛到0。所采用的自适应超螺旋滑模控制方法能有效解决传统的滑模抖振问题,且对机动目标有一定的鲁棒性。最后,在仿真实验中,通过对比分析验证了所提出的制导律具有更高的制导精度。