[發(fā)明專利]基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的制導(dǎo)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010985709.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN112099528B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王娜;康敏旸;張民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空無線電電子研究所
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 白瑤君

本發(fā)明涉及基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的制導(dǎo)方法，屬于無人機(jī)飛行控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：建立無人機(jī)制導(dǎo)過程中離散化的預(yù)測(cè)航跡模型；根據(jù)制導(dǎo)要求，采用化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法通過預(yù)測(cè)航跡模型對(duì)航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的制導(dǎo)方法，屬于無人機(jī)飛行控制技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

無人機(jī)制導(dǎo)是指導(dǎo)引并控制無人機(jī)飛向目標(biāo)或者預(yù)定軌道的技術(shù)和方法。實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)的方法有很多，常見的包括制導(dǎo)律算法，人工勢(shì)場(chǎng)算法等，當(dāng)前常見的方法大都缺少被控對(duì)象未來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參與，僅僅包含當(dāng)前狀態(tài)和過往狀態(tài)，制導(dǎo)控制缺乏預(yù)測(cè)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種用于多無人機(jī)制導(dǎo)的基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的制導(dǎo)方法。通過利用模型預(yù)測(cè)控制算法具備的預(yù)測(cè)性，使得制導(dǎo)過程可以加入無人機(jī)的未來狀態(tài)，改進(jìn)了常見制導(dǎo)方法中缺少無人機(jī)未來狀態(tài)的考慮而導(dǎo)致的制導(dǎo)問題。同時(shí)通過化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的快速尋優(yōu)特性，大大加快了模型預(yù)測(cè)控制算法進(jìn)行制導(dǎo)時(shí)的計(jì)算過程，從而滿足制導(dǎo)的實(shí)時(shí)性要求。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種基于化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的制導(dǎo)方法，應(yīng)用于無人機(jī)，包括：

建立無人機(jī)制導(dǎo)過程中離散化的預(yù)測(cè)航跡模型；

根據(jù)制導(dǎo)要求，采用化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法通過預(yù)測(cè)航跡模型對(duì)航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。

進(jìn)一步的，制導(dǎo)要求包括：跟蹤目標(biāo)要求，航跡光滑要求，機(jī)間避撞要求，機(jī)間通信要求。

進(jìn)一步的，根據(jù)制導(dǎo)要求，采用化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法通過預(yù)測(cè)航跡模型對(duì)航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的表征跟蹤目標(biāo)要求的跟蹤任務(wù)成本函數(shù)、表征航跡光滑要求的航跡光滑成本函數(shù)、表征機(jī)間避撞要求的機(jī)間避撞成本函數(shù)和表征機(jī)間通信要求的機(jī)間通信成本函數(shù)，生成總成本指標(biāo)函數(shù)作為化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法的分子勢(shì)能函數(shù)；

將每連續(xù)m個(gè)航跡點(diǎn)所處的滾動(dòng)時(shí)序窗口作為化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法中的分子結(jié)構(gòu)；m為大于2；

根據(jù)滾動(dòng)時(shí)序窗口，采用化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化算法通過預(yù)測(cè)航跡模型預(yù)測(cè)出總成本指標(biāo)最小的解。

進(jìn)一步的，預(yù)測(cè)航跡模型為：

其中，[x_i(k+1),y_i(k+1)]、[x_i(k),y_i(k)]分別表示編號(hào)為i的無人機(jī)在k+1時(shí)刻與k時(shí)刻的二維坐標(biāo)，u_ia(k)，u_iφ(k)表示編號(hào)為i無人機(jī)在k時(shí)刻的控制輸入。

進(jìn)一步的，跟蹤任務(wù)成本函數(shù)為：

其中，

式中λ_t表示跟蹤任務(wù)成本權(quán)重系數(shù)，表示目標(biāo)不在無人機(jī)的探測(cè)范圍，表示第i架無人機(jī)與目標(biāo)之間的距離，N_μ表示無人機(jī)編隊(duì)中的成員架數(shù)，N表示j時(shí)刻計(jì)算跟蹤任務(wù)成本函數(shù)時(shí)預(yù)測(cè)的無人機(jī)狀態(tài)數(shù)；x_t(j)∈S_FOV表示目標(biāo)在無人機(jī)的探測(cè)范圍，只有當(dāng)目標(biāo)在該區(qū)域中時(shí)，才能被傳感器發(fā)現(xiàn)。假設(shè)該區(qū)域圓心為(x_s,y_s)，無人機(jī)的位置坐標(biāo)定義為(x_U,y_U)。當(dāng)無人機(jī)處于平飛狀態(tài)時(shí)，有(x_s,y_s)＝(x_U,y_U)，此時(shí)探測(cè)區(qū)域?yàn)閳A形，其探測(cè)半徑滿足關(guān)系

r＝htanγ

當(dāng)無人機(jī)發(fā)生滾轉(zhuǎn)時(shí)，假設(shè)滾轉(zhuǎn)角為φ，此時(shí)探測(cè)區(qū)域?yàn)闄E圓形，這時(shí)，橢圓的圓心坐標(biāo)為