[發明專利]一種采用虛擬點預測的三體對抗防御制導方法

有效

• 申請號: 202110055519.X
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN113051706B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 侯利兵;朱紀洪;史恒;匡敏馳;袁夏明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;F41H11/02;G06F111/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明涉及航空航天技術領域，公開了一種采用虛擬點預測的三體對抗防御制導方法，包括：建立逃逸體、追蹤體、防御體三體對抗非線性運動學模型，選取參考點，在參考點與追蹤體的連線上選取偏置修正量從而確定預測追蹤點，以預測追蹤點為目標采用線性制導方法設計追蹤機動指令。本方法基于預測思想，將防御高速運動的追蹤體問題轉變為追隨低速運動的預測追蹤點問題，將復雜的耦合非線性問題簡化為單點軌跡規劃問題。本發明所提出的制導方法對比以往制導方法不僅具有優秀的攔截能力，而且能夠有效降低對防御體的性能需求，峰值加速度也有明顯下降，即使是低速低性能的防御體也可以完成對高性能追蹤體的攔截，本方法適用于二維和三維空間。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，公開了一種采用虛擬點預測的三體對抗防御制導方法，可用于空中反導。

背景技術

三體對抗問題是一種包含追蹤體、逃逸體、防御體三方運動體的耦合追逃問題。傳統的一對一追逃問題只包含追蹤體和逃逸體兩個對象，追蹤體進攻逃逸體，逃逸體需采取規避等方式進行逃離，目前關于一對一追逃問題中的最優規避或最優追蹤方法在學術領域已有較為充分的理論研究，例如Dubins最優軌跡等。在此基礎上衍生出了三體對抗問題，逃逸體可以選擇施放一個防御體來對追蹤體進行阻擋攔截。

三體對抗問題由于具有復雜的協同耦合關系，目前國內外關于此類問題的研究還相對較少，該問題主要包含以下主要難點：

(1)相對速度快，精度要求高。由于防御任務的特殊性，防御體需準確命中追蹤體的來襲才能保證逃逸體的安全，因而對脫靶量提出了較高的設計要求；且防御體和追蹤體往往形成迎頭對抗態勢，相對速度的增大也加大了攔截難度。

(2)最優攔截軌跡的解析解難以獲得。傳統一對一追逃問題通常采用線性化的方法推導求解，而三體對抗模型包含追蹤體-逃逸體、防御體-追蹤體兩組追逃關系，且相互耦合，逃逸體在對追蹤體的規避過程中也帶來了追蹤體的機動，從而增大了防御體的攔截難度，也難以線性化，因而無法推導三體對抗防御的解析解。

(3)劣勢體追蹤優勢體。傳統的一對一攔截制導律通常假設防御方的性能優于來襲方。但在三體對抗問題的實際應用中，防御體的運動性能通常劣于追蹤體，需要通過與逃逸體的協同來完成防御任務，因而需要更加有效的方法來設計協同制導律。

針對以上問題，本發明采用了預測的思想，將防御高速運動的追蹤體問題轉變為追隨低速運動的預測追蹤點問題，將復雜的耦合非線性問題簡化為單點軌跡規劃問題。本發明所提出的制導方法對比以往制導方法不僅具有優秀的攔截能力，而且能夠有效降低對防御體的性能需求，峰值加速度也有明顯下降，即使是低速低性能的防御體也可以完成對高性能追蹤體的攔截，本方法適用于二維和三維空間。

發明內容

針對空中主動防御技術面臨的難題，本發明基于執果索因的預測思想提出一種三體對抗虛擬預測點制導方法，在提升攔截精度的同時，降低對攔截導彈的性能需求。本發明包括如下步驟：

S1：建立追蹤體(P)、逃逸體(E)、防御體(D)三體對抗非線性運動學模型：

設每個運動體的位置矢量、速度、加速度矢量分別為r_i、v_i、a_i，其中角標i＝{E,P,D}分別代表逃逸體、追蹤體、防御體，且

r_i＝[x_i y_i z_i]^T

v_i＝[v_ix v_iy v_iz]^T

a_i＝[a_ix a_iy a_iz]^T

非線性運動方程為：