[發(fā)明專利]一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰(zhàn)飛機集群攻擊方法

在審

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• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115328197A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 段海濱;阮婉瑩;鄧亦敏;魏晨
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰(zhàn)飛機集群攻擊方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟一：初始化無人作戰(zhàn)飛機模型

步驟二：哈里斯鷹狩獵目標選擇機制建模

對哈里斯鷹的狩獵戰(zhàn)術建模為如下三種目標選擇機制：

S21、最近鄰目標

S22、最外圍目標

S23、最密集目標

步驟三：無人作戰(zhàn)飛機分布式攻擊目標決策

無人作戰(zhàn)飛機集群作戰(zhàn)過程中，采取分布式決策，每架無人作戰(zhàn)飛機獨立確定自己的攻擊目標，一旦鎖定某目標，對其發(fā)起攻擊，直至該目標被摧毀，切換下一個目標，否則不切換目標；將步驟二建立的哈里斯鷹狩獵目標選擇機制用于無人作戰(zhàn)飛機分布式攻擊目標確定上，則可獲得三個備選攻擊目標；對哈里斯鷹狩獵目標選擇機制確定的三個目標進行攻擊優(yōu)勢評估，最終確定攻擊目標；設計攻擊方位優(yōu)勢評估函數和攻擊距離優(yōu)勢函數；

步驟四：仿哈里斯鷹追逐策略的無人作戰(zhàn)飛機攻擊控制律設計

步驟五：設計控制指令轉換器

上述基于哈里斯鷹狩獵動力學的無人作戰(zhàn)飛機攻擊控制律是以二階積分器模型的加速度為控制指令進行設計的，要將其應用到無人作戰(zhàn)飛機模型中，需要設計控制指令轉換器；

步驟六：輸出無人作戰(zhàn)飛機集群攻擊軌跡

將步驟五解算出的控制指令[n_x,n_f,γ]輸入步驟一的無人作戰(zhàn)飛機模型中，即可得到飛機的運動狀態(tài)信息，包括飛機的三維位置、速度、航跡傾角、航機偏角、速度滾轉角信息；可以實時輸出無人作戰(zhàn)飛機的集群攻擊軌跡。

2.根據權利要求1所述的一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰(zhàn)飛機集群攻擊方法，其特征在于：所述步驟一初始化無人作戰(zhàn)飛機模型的具體過程如下：

無人作戰(zhàn)飛機采用簡化的六自由度飛機模型，其狀態(tài)量包括：飛機的三維位置坐標、速度、航跡傾角和航跡偏角，控制量包括：切向過載、法向過載和速度滾轉角；無人作戰(zhàn)飛機的運動學方程如下式所示：

無人作戰(zhàn)飛機的動力學方程如下式所示：

其中，[x,y,z]表示無人作戰(zhàn)飛機三維位置坐標；表示無人作戰(zhàn)飛機三維位置分量的一階導數，即對應三維速度分量；V表示無人作戰(zhàn)飛機的空速；μ表示無人作戰(zhàn)飛機的航跡傾角；表示無人作戰(zhàn)飛機的航跡偏角；γ表示無人作戰(zhàn)飛機的速度滾轉角；n_x表示無人作戰(zhàn)飛機的切向過載；n_f表示無人作戰(zhàn)飛機的法向過載；g表示重力加速度；

設[v_x,v_y,v_z]為無人作戰(zhàn)飛機三維速度向量，則無人作戰(zhàn)飛機的空速、航跡傾角和航跡偏角按照下式解算：

無人作戰(zhàn)飛機模型的控制輸入為[n_x,n_f,γ]，將控制輸入和由式(3)解算出的飛機當前的帶入式(2)可以解算出飛機的空速、航跡傾角和航跡偏角變化率，進而得到飛機下一時刻的將其帶入式(1)可以解算出三維位置的變化率，即三維速度向量[v_x,v_y,v_z]，進而可以更新飛機下一時刻的位置。

3.根據權利要求1所述的一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰(zhàn)飛機集群攻擊方法，其特征在于：所述步驟二哈里斯鷹狩獵目標選擇機制建模的具體過程如下：

S21、最近鄰目標

最近鄰目標選擇機制建模如下：

其中，表示距離哈里斯鷹最近的獵物個體；p_hawk表示哈里斯鷹的位置向量；表示第j個獵物個體的位置向量；R_s表示哈里斯鷹狩獵范圍；

S22、最外圍目標

最外圍目標選擇機制建模如下：

其中，表示相對于哈里斯鷹外圍度最高的獵物個體；表示第j個獵物個體的外圍度向量；Nm表示第j個獵物個體的鄰居個體數量；R_nei表示獵物的鄰域半徑；

S23、最密集目標

最密集目標選擇機制建模如下：

其中，表示相對于哈里斯鷹處于最密集區(qū)域的獵物個體；Nd表示獵物個體j的鄰居個體數量；表示獵物個體j所有鄰居個體的中心位置。