[發(fā)明專利]考慮全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場約束的彈群協(xié)同制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法

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• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN114138000A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙斌;周軍;黃曉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種考慮全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場約束的彈群協(xié)同制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法，屬于制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。首先建立起具有嚴(yán)格狀態(tài)反饋形式的全捷聯(lián)彈群協(xié)同制導(dǎo)與控制一體化設(shè)計(jì)模型；其次，以體視線角作為協(xié)同變量，設(shè)計(jì)了一種基于“領(lǐng)彈?從彈”架構(gòu)的全捷聯(lián)彈群協(xié)同圍捕策略；最后，采用了非線性干擾觀測器、Lyapunov函數(shù)與動(dòng)態(tài)面控制相結(jié)合的控制方法，在目標(biāo)機(jī)動(dòng)和氣動(dòng)擾動(dòng)存在的條件下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了視場角約束以及彈群協(xié)同制導(dǎo)。本發(fā)明所提方法滿足了一體化制導(dǎo)控制精度和全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場角約束條件，保證了彈群在協(xié)同制導(dǎo)控制過程中全捷聯(lián)導(dǎo)引頭探測的體視線角滿足導(dǎo)引頭視場約束。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二維場景下的彈群協(xié)同制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法，特別涉及一種在考慮全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場約束的彈群協(xié)同制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

從最近十余年的幾場國際沖突看，精確制導(dǎo)技術(shù)正不斷向低成本、小型化和高性能方向發(fā)展，由此衍生了具有代表性的兩個(gè)研究熱點(diǎn)：全捷聯(lián)探測制導(dǎo)技術(shù)和多彈協(xié)同制導(dǎo)技術(shù)。

全捷聯(lián)探測制導(dǎo)體制去除了傳統(tǒng)平臺(tái)式導(dǎo)引頭的框架結(jié)構(gòu)，通過將導(dǎo)引頭的光學(xué)系統(tǒng)、探測器等組件直接固連于導(dǎo)彈本體，顯著減小了導(dǎo)引頭體積、降低了研制成本，同時(shí)也能夠提高系統(tǒng)抗過載沖擊能力及可靠性，目前已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)武器小型化、輕質(zhì)化、低成本的重要途徑。多彈協(xié)同制導(dǎo)能夠建立起彈群的信息共享機(jī)制，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)(群)的配合作戰(zhàn)，相比傳統(tǒng)通過增強(qiáng)單一武器性能提升博弈能力的設(shè)計(jì)理念，其在提升武器系統(tǒng)探測感知能力、智能化水平、作戰(zhàn)效能以及效費(fèi)比方面更具潛力。

因此，將這兩種技術(shù)相結(jié)合，通過多枚低成本全捷聯(lián)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對高價(jià)值飛行器目標(biāo)(群)的精確攔截，對于降低作戰(zhàn)成本、提高作戰(zhàn)效能、實(shí)現(xiàn)低成本非對稱作戰(zhàn)具有重要的意義，這也是未來精確制導(dǎo)技術(shù)的重要發(fā)展方向。

針對彈群協(xié)同制導(dǎo)問題，當(dāng)前主要的設(shè)計(jì)思想是基于多智能體一致性理論，結(jié)合變結(jié)構(gòu)控制等方法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的時(shí)間協(xié)同制導(dǎo)或者視線角度協(xié)同制導(dǎo)。為了簡化問題，這種協(xié)同制導(dǎo)方法設(shè)計(jì)時(shí)通常不考慮彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。然而，針對全捷聯(lián)飛行器而言，其導(dǎo)引頭的探測器光軸不再與彈體運(yùn)動(dòng)隔離，這使得其調(diào)整攻角以產(chǎn)生需用過載時(shí)，會(huì)引起體視線角的變化，此時(shí)過大的姿態(tài)調(diào)整很容易導(dǎo)致目標(biāo)逃逸較為狹窄的導(dǎo)引頭視場，從而造成導(dǎo)彈脫靶。因此，為了在協(xié)同過程中保證目標(biāo)始終處于導(dǎo)引頭視場范圍內(nèi)，在進(jìn)行全捷聯(lián)飛行器協(xié)同制導(dǎo)律設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮制導(dǎo)回路與姿態(tài)控制回路，即進(jìn)行導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計(jì)。

文獻(xiàn)1“考慮全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場約束的三維制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法.國家發(fā)明專利，CN201910083420.3”公開了一種考慮全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場限制的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計(jì)方法。該方法將捷聯(lián)解耦原理和狀態(tài)約束控制方法相結(jié)合，滿足了攻擊過程導(dǎo)引頭視場約束。然而，該方法僅對單枚導(dǎo)彈進(jìn)行研究，沒有考慮多個(gè)全捷聯(lián)導(dǎo)彈的協(xié)同制導(dǎo)問題。

文獻(xiàn)2“Wang X,Zhang Y,Wu H.Distributed cooperative guidance ofmultiple anti-ship missiles with arbitrary impact angle constraint[J].Aerospace Science and Technology,2015,46:299-311”解決了末端任意攻擊角及視場角約束下彈群的協(xié)同制導(dǎo)問題，其假設(shè)飛行器攻角為零，即認(rèn)為速度方向與彈目視線方向的夾角即為視場角。然而，大氣層內(nèi)飛行器主要依靠攻角產(chǎn)生氣動(dòng)過載，很顯然這種假設(shè)并不符合實(shí)際情況。

綜上所述，現(xiàn)有協(xié)同制導(dǎo)方法難以從理論上同時(shí)滿足全捷聯(lián)導(dǎo)引頭視場角約束條件以及彈群對目標(biāo)的協(xié)同攻擊效果，并且國內(nèi)外針對全捷聯(lián)視場約束下的彈群協(xié)同制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法還未見公開文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題