[發明專利]基于輸出一致性的多彈協同制導方法

有效

• 申請號: 201610402960.X
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN106352738B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王佳楠;康珅;單家元
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F41G3/00
• 分類號: F41G3/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 付雷杰,仇蕾安

技術領域

本發明屬于制導技術領域，具體涉及基于輸出一致性的多彈協同制導方法。

背景技術

隨著導彈攔截系統的不斷發展，依靠單彈突防、實現打擊的戰術逐漸受到限制。采用多枚導彈對同一目標實現飽和攻擊，摧毀具有一定攔截能力目標的方法，已經成為了保證導彈戰場生存能力、提高打擊任務成功率的主要手段。從該思路出發，設計一種驅動多枚導彈同時命中目標的協同制導方法，對于突防技術的進步具有重要意義。

現有的保證同時打擊的協同制導方法，存在以下問題有待解決：

1)單純針對修正打擊時間設計協同的制導方法難以保證精確命中目標，導引末端需要切換導引律以保證打擊精度，而舍棄一定打擊時間控制精度。此外，切換導引律導致系統復雜程度提高，出現非連續情況，不利于實施。

2)協同制導要求各導彈同時命中目標，而導彈速度大小難以通過舵面控制，因此對于距離目標較近的導彈，需要繞行機動，延長命中時間。此舉易導致彈道過于彎曲，在制導律設計時若不考慮視場角限制，則難以保證導引頭視場始終捕獲目標。

3)由于導彈舵面偏轉有限，導彈的法向加速度受到限制，導致導彈控制系統的輸入具有飽和非線性。

4)針對單一導彈設計命中時間控制制導律，而后指定命中時間的協同制導方法，未將導彈群作為整體考慮，無法實現最優的整體表現。

綜上所述，現有技術主要針對單一導彈設計命中時間控制制導律，而非將協同制導問題作為集群問題解決，且未考慮各種物理條件限制。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了基于輸出一致性的多彈協同制導方法；本發明能夠實現在法向過載及視場角受到限制情況下的最優協同制導。

實現本發明的具體實施方案如下：

基于輸出一致性的多彈協同制導方法，具體步驟如下：

步驟一、給定各導彈法向加速度和視場角的約束條件；

步驟二、基于導彈和目標的相對運動關系，建立導彈狀態依賴的線性模型，采用數值方法對所述導彈狀態依賴的線性模型進行離散化，基于離散化后的導彈狀態依賴的線性模型，根據設定的預測時域建立預測控制模型；

步驟三、基于預測控制模型和各導彈打擊時間協同的要求，獲得性能指標函數；

步驟四、基于二次規劃形式，將性能指標函數和約束條件轉化為二次規劃標準型；

步驟五、基于當前時刻各導彈狀態、二次規劃標準型的各導彈法向加速度和視場角的約束條件和性能指標函數，獲得多彈協同制導的優化模型，基于多彈協同制導的優化模型，利用凸優化方法，獲得當前時刻各導彈的最優控制序列；

步驟六、從最優控制序列中選擇各導彈的法向加速度并代入導彈狀態依賴的線性模型，計算下一時刻的各導彈狀態，按照步驟五的方式重復直至各導彈命中目標。

進一步地，其特征在于，步驟一具體實現過程如下：

定義編隊中第i枚導彈的法向加速度約束條件為其中a⁽ⁱ⁾為第i枚導彈的法向加速度，為第i枚導彈的最大法向加速度；第i枚導彈的視場角的約束條件為σ⁽ⁱ⁾為第i枚導彈的速度前置角，為第i枚導彈的速度最大前置角。

進一步地，步驟二具體實現過程如下：

選取第i枚導彈的狀態變量為第i枚導彈狀態變量的變化率，第i枚導彈的控制變量u⁽ⁱ⁾＝a⁽ⁱ⁾，其中i,j＝1,...,N_v,i≠j，根據導彈和目標的相對運動關系，建立導彈狀態依賴的線性模型：

其中a⁽ⁱ⁾表示第i枚導彈的法向加速度；A⁽ⁱ⁾為第i枚導彈的狀態矩陣、B⁽ⁱ⁾為第 i枚導彈的輸入矩陣、y⁽ⁱ⁾、和分別為第i枚導彈的一致性變量、視線角速度和視場角，分別為第i枚導彈的一致性變量、視線角速度和視場角的輸出矩陣，分別為r⁽ⁱ⁾,λ⁽ⁱ⁾,σ⁽ⁱ⁾對應的賦予變量，其表示形式分別如下：

r⁽ⁱ⁾表示第i枚導彈的彈目距離，表示第i枚導彈的彈目相對速度，λ⁽ⁱ⁾表示第i 枚導彈的視線角，表示第i枚導彈的視線角速度，σ⁽ⁱ⁾為第i枚導彈的速度前置角，V表示導彈飛行速度，k_r和分別為彈目距離的權重和彈目相對速度的權重；