Optimal deployment of swarm positions in cooperative interception of multiple UAV swarms

In order to prevent the attacker from breaking through the blockade of the interception,deploying multiple Unmanned Aerial Vehicle(UAV)swarms on the interception line is a new combat style.To solve the optimal deployment of swarm positions in the cooperative interception,an optimal deployment optimization model is presented by minimizing the penetration zones'area and the analytical expression of the optimal deployment positions is deduced.Firstly,from the view of the attackers breaking through the interception line,the situations of vertical penetration and oblique penetration are analyzed respectively,and the mathematical models of penetration zones are obtained under the condition of a single UAV swarm and multiple UAV swarms.Secondly,based on the optimization goal of minimizing the penetration area,the optimal deployment optimization model for swarm positions is proposed,and the analytical solution of the optimal deployment is solved by using the convex programming theory.Finally,the proposed optimal deployment is compared with the uniform deployment and random deployment to verify the validity of the theoretical analysis.

On-line trajectory generation of midcourse cooperative guidance for multiple interceptors

The cooperative interception trajectories generation of multiple interceptors to hypersonic targets is studied.First,to solve the problem of on-line trajectory generation of the single interceptor,a generation method based on neighborhood optimal control is adopted.Then,when intercepting the strong maneuvering targets,the single interceptor is insufficient in maneuverability,therefore,an on-line multiple trajectories generation algorithm is proposed,which uses the multiple interceptors intercept area(IIA)to cover the target's predicted intercept area(PIA)cooperatively.Through optimizing the interceptors'zero control terminal location,the trajectories are generated on-line by using the neighborhood optimal control method,these trajectories could make the IIA maximally cover the PIA.The simulation results show that the proposed method can greatly improve the interception probability,which provides a reference for the collaborative interception of multiple interceptors.

Coverage-based cooperative target acquisition for hypersonic interceptions

This paper presents a novel coverage-based cooperative target acquisition algorithm for hypersonic interceptions. Firstly, the difficulties in the hypersonic trajectory prediction are introduced which invalidate the conventionally used predicted impact point based mid-course guidance and seeker acquisition. Secondly, in order to optimally estimate and predict the target trajectory information, the interacting multiple model(IMM) algorithm is used with the constant velocity(CV) model, the constant acceleration(CA) model and the Singer model serving as the model set. The target states are described with the probability density function(PDF) based on the IMM prediction. Thirdly, the interceptor seeker target acquisition model is established which considers the blur edge region of the field of view. The cooperative target acquisition algorithm is designed by maximizing the interceptor seekers cooperative coverage of the target high probability region(HPR). Finally, digital simulations prove the effectiveness of the proposed method and reveal that the real challenge in the hypersonic target acquisition is the poor trajectory prediction accuracy which may further result to the unsteadiness of the interceptor trajectories.

基于可达区在线预测的GPI中制导协同拦截策略

针对临近空间高超声速滑翔目标防御中存在目标机动能力强、机动意图不明确的问题,提出一种基于可达区在线预测的滑翔段拦截器(GPI)中制导协同拦截策略。基于滑翔弹道解析解给出针对目标横程机动的可达区在线预测方法。利用多项式拟合和反向传播(BP)神经网络给出GPI标控弹道的纵程可达区在线预测方法,并利用弹道解析解进一步给出拦截弹的横程可达区在线预测方法。通过对目标和拦截弹可达区在线预测,引入多弹协同思想,实现拦截弹可达区对目标可达区的覆盖,完成协同拦截策略的设计。拦截仿真分析表明:所提协同拦截策略可有效应对目标的倾侧反转机动。

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。

射频隐身仿真分析和评估研究

当前对飞行器平台射频隐身的重视度越来越高,为了贴合实际地分析评估射频隐身性能,提出了一种用于多机协同传感器信号级联合仿真的评估方法。结合射频特征、低被截获性能表征指标以及作战场景、飞行器平台、雷达模型、截获接收机模型和低被截获性能分析算法模型,构建了可以用来对多机协同等作战样式下的射频隐身性能进行分析评估的仿真系统,为射频隐身设计提供支撑依据与评估验证环境。针对信息量大、复杂度高的表征参量计算模型,研究其近似快速算法,提高仿真系统的实用性。

大气层外动能拦截器制导控制技术研究进展与展望

大气层外高速、大机动、多目标飞行器的拦截问题已成为当前空天防御体系构建面临的重大挑战和难点。首先,对近年来国外大气层外动能拦截器技术及飞行试验现状进行了梳理和总结;其次,对大气层外单一拦截器制导控制方法和多弹协同拦截制导控制方法的研究进展进行了综述;最后,对大气层外动能拦截器未来重点开展的关键技术进行了展望,以期为未来大气层外动能拦截器技术发展提供方向性参考和借鉴。

通信约束下UAV集群协同拦截任务分配算法

针对多无人机协同拦截多机动目标的任务分配问题,同时考虑到真实战场环境中存在的通信约束以及探测范围约束条件,本文提出了分步一致性拍卖算法(SCBAA)。首先,对真实战场环境中存在的通信约束以及探测范围约束等问题进行了描述分析,构建了多无人机协同拦截任务分配模型,设计了综合效能函数以及相应约束条件。其次,为解决多无人机协同打击单一目标的不平衡任务分配以及冲突消解问题,将原任务分配过程分为主要任务分配以及次要任务分配两部分,通过多次拍卖以及冲突消解实现多无人机对单一目标的任务分配。仿真结果表明,该算法可有效解决通信约束条件下的分布式多无人机协同拦截问题,并适应动态环境中任务分配对实时性的要求。

一种基于扰动补偿的机弹协同LOS主动防御制导律

随着无人技术和军事科技发展,无人近距空战引起了世界军事强国的广泛关注。面临高速大机动能力来袭导弹的威胁,传统的抛洒箔条或释放热焰弹等被动防御措施无法确保目标飞行器安全逃逸,通过发射拦截弹协同目标飞行器机动实施的主动防御是一种可行的方法。由于来袭导弹机动能力较强且加速度信息未知,是目标飞行器-拦截弹制导律协同设计的难点。提出一种基于扰动补偿的LOS主动防御拦截制导律,通过设计一种非线性扰动观测器来估计来袭弹产生的机动的影响,并在机弹协同LOS主动防御制导律设计中补偿。通过仿真算例验证了所提方法能够有效拦截具有未知机动能力的来袭导弹,为研究三体攻防问题提供了一定的参考。

Three-dimensional cooperative guidance strategy and guidance law for intercepting highly maneuvering target

Cooperative interception of the target with strong maneuverability by multiple missiles with weak maneuverability in the three-dimensional nonlinear model is studied.Firstly,the three-dimensional nonlinear model of cooperative guidance is established.The three-dimensional reachable region is represented composed of lateral acceleration and longitudinal acceleration in the two-dimensional coordinate system.Secondly,the problem of the multiple missile’s reachable coverage area is transformed into the problem of cooperative coverage.A cooperative coverage strategy is proposed and an algorithm for quickly calculating the number of required missiles is designed.Then,the guidance law based on the cooperative coverage strategy is proposed,and it is proved that cooperative interception of the target can be achieved under the acceleration limit.Moreover,the relations among the number of missiles,the initial array position of terminal guidance and the coverage area of the target’s large maneuver are analyzed.The dynamic adjustment strategy of guidance parameters is proposed to reduce the guidance error.Finally,simulation results show that multiple missiles with low maneuverability can achieve effective interception of target with strong maneuverability through the proposed cooperative strategy and cooperative guidance method.

基于视线协同和DMPC的载机-防御弹群协同主动防御制导策略

在目标-攻击弹-防御弹群(target-attacker-defenders,TADs)系统中,防御弹群通过与目标(载机)异构协同、弹群间同构协同以保护载机并降低单弹脱靶的风险。针对TADs系统在二维平面下的协同主动防御模型进行了研究,采用机/弹协同和防御弹群协同的两层制导策略。在机弹协同方面,防御弹领弹与载机进行异构协同,考虑载机及防御弹领弹的机动能力限制,采用协同视线制导律(cooperative line of sight guidance,CLOSG)分别得到载机和防御弹领弹的制导指令;在防御弹群协同方面,考虑单弹计算能力约束,拦截时间约束和加速度约束,设计出基于分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)的算法实现弹群从弹和防御弹领弹协同同时抵达并拦截攻击弹。仿真结果表明,多防御弹协同一致拦截制导算法能够实现TADs系统中载机和防御弹群的异构协同主动防御,并实现防御弹群的一致性同时拦截,以降低单弹脱靶的风险。

通信拓扑切换下的多飞行器协同拦截方法

针对通信拓扑切换条件下的多飞行器协同拦截问题,提出了一种基于扩张状态观测器的协同制导方法。建立协同制导设计模型,将协同拦截问题转换为视线稳定条件下的剩余飞行时间调节问题。为解决机动目标状态不确定的问题,将目标的状态视作扰动,设计扩张状态观测器来估计机动目标的状态,并在制导律中对目标的机动进行补偿。利用有限时间一致性理论进行一致性控制协议的设计,实现各飞行器剩余飞行时间的有限时间一致,并利用Lyapunov稳定性理论分析通信拓扑切换情况下闭环系统的有限时间稳定性,给出了系统一致收敛时间。仿真结果表明,在通信拓扑变换的情况下,设计的观测器能够有效估计目标状态,且协同制导律能够满足对剩余飞行时间的控制要求,进而实现协同拦截。

双导弹拦截角度协同的微分对策制导律

为提高命中高价值目标的概率,基于线性二次型微分对策理论,对两枚导弹协同拦截单个目标的制导律进行了研究。单枚导弹在最小化自身脱靶量的同时,与另一枚导弹实现拦截角度上的协同,从而构成特定的拦截态势,以提高拦截机动目标的性能和末制导尾端对目标的可观测性。所推导的微分对策制导律考虑到了对策三方的控制系统动态,且具有解析解,形式上为零控脱靶量和零控协同拦截角误差的线性组合。基于推导结果完成了微分对策制导律的制导增益和对策空间分析,给出了鞍点解的存在条件,并进行了分析。非线性系统仿真结果表明由于导弹间存在显式的协同关系,拦截目标所需的加速度较低,且在设定的协同拦截角度收敛后,加速度会进一步减小。

临近空间高超声速飞行器轨迹预测方法研究进展

临近空间高超声速飞行器轨迹预测对其自身制导控制与对其防御拦截均具有重要意义。本文从合作与非合作两个角度对临近空间高超声速飞行器轨迹预测中采用的常用方法进行了分析,在合作飞行器的轨迹预测中,重点结合飞行器预测校正制导过程对解析法与数值法进行了归纳与分析;在非合作飞行器的轨迹预测中,主要分析了基于运动模型预测、基于概率密度预测与基于博弈对抗预测等几种不同轨迹预测方法。最后对轨迹预测的可能研究方向进行了分析。

双机协作发射与制导中程空空导弹技术研究

针对信息化条件下双机协同空战的问题,研究了双机协作发射与制导主动雷达型中程空空导弹技术。提出了双机协作攻击的方式,通过数据链系统构建其作战体系。接着分析了其涉及的关键技术,包括高精度时空对准、统一制导坐标系建立、制导指令生成、延时信息补偿等,给出其初步解决方法。最后通过分析影响导引头雷达截获目标概率的主要因素,特别是角度截获概率,指出了提高协作发射与制导精度的主要途径。仿真试验表明了所提方案的有效性。

非理想干扰删除下全双工中继NOMA系统的物理层安全性能研究

全双工协作中继转发信号时存在的自干扰现象会降低系统性能.本文考虑存在窃听者的下行非理想自干扰全双工协作中继非正交多址接入(NFCR-E-NOMA,Non-ideal Full Duplex Cooperative Relay in Non-Orthogonal Multiple Access system with Eavesdropper)系统,分别从系统中断概率和系统截获概率的角度分析了全双工协作中继的自干扰因素对于NFCR-E-NOMA系统安全中断性能的影响;推导了系统中断概率和截获概率的闭合表达式.仿真结果表明,全双工中继转发的自干扰因素对系统性能的影响较大,在NFCR-E-NOMA系统中,存在优化的中继转发功率,且在不同的基站发射功率和中继转发功率条件下,功率分配比对系统性能的影响也不同,在实际主链路信道条件允许的情况下,可通过设置较高的数据传输速率来抑制窃听者的截获概率.

二对一主动防御的最优协同制导算法研究

针对防御导弹拦截攻击导弹的空战场景,提出了一种二对一主动防御的最优协同制导算法,该算法在传统一对一最优制导算法的基础上,加入了第二枚防御导弹对高价值目标飞行器进行保护,并对二对一作战模式下最优协同制导律进行推导。仿真结果表明,与比例导引(PN)制导律相比,通过引入最小化相对末端截距角偏离量优化指标,将两枚防御导弹相对距离保持在一个很小的范围,达到了很好的协同拦截效果,并使防御导弹控制能量消耗减小,从而验证了最优协同制导律的有效性和优越性。

临近空间防御作战拦截弹制导与控制关键技术综述

为满足临近空间高超声速目标防御作战需求,聚焦拦截弹超远程超高速拦截制导和控制关键技术,对“中制导”、“中末制导交接班”、“末制导”、“直接力/气动力复合控制”以及“多拦截弹协同拦截”等五个方面的研究进展进行综述,围绕“基于区域分割的多拦截弹协同弹道生成”、“基于分布式优化的多拦截弹协同弹道修正”以及“多拦截弹协同末制导律的动态捕获区”三个未来需要重点发展的方向进行展望,为临近空间拦截弹制导控制技术研究提供参考和借鉴。

网络化防空导弹体系拦截联盟形成问题

拦截联盟形成是网络化防空导弹体系(NADMS)中的新问题,旨在确定目标、火力节点以及制导节点三者之间的最优匹配关系,使得NADMS整体作战效能最大。结合NADMS的分布式无中心节点体系结构,剖析了拦截联盟形成问题的本质,形式化定义了体系中出现的新型一体化作战能力;分别从运筹学与整数规划、组合优化以及经济学博弈问题角度对拦截联盟形成问题进行形式化描述,并深入探讨了集中式和分布式的拦截联盟形成方法。

多弹协同末制导方法综述

多弹协同是导弹制导领域近年来重要的研究方向。本文基于任务需求、通信结构、约束条件等分类标准,对当前多弹协同末制导策略进行分类总结,对时间协同制导律、空间协同制导律、时空协同制导律的研究现状进行梳理,分析了现阶段协同制导面临的关键问题,如剩余飞行时间估计问题、机动目标协同拦截问题、闭环协同制导信息配准问题、闭环协同弹间通信问题等,提出了未来多弹协同末制导技术的4个研究方向:大机动目标协同拦截技术、面向真实场景的鲁棒协同制导技术、智能化自主化协同制导技术、协同作战并行交互式设计技术。