[發明專利]一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰飛機集群攻擊方法

在審

• 申請號: 202210955181.8
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115328197A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（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

本發明公開一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰飛機集群攻擊方法：步驟一：初始化無人作戰飛機模型；步驟二：哈里斯鷹狩獵目標選擇機制建模；步驟三：無人作戰飛機分布式攻擊目標決策；步驟四：仿哈里斯鷹追逐策略的無人作戰飛機攻擊控制律設計；步驟五：設計控制指令轉換器；步驟六：輸出無人作戰飛機集群攻擊軌跡。本發明方法攻擊成功率高，實現簡單，無需調參，對于敵方不確定策略和機動變化具有自適應能力，且算法效能不受飛機個體數量影響，支持大規模作戰場景，算法效率高、實時性好，采取全分布式決策與執行，滿足實際作戰任務需求。

技術領域

本發明是一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰飛機集群攻擊方法，屬于無人作戰飛機集群自主對抗控制領域。

背景技術

未來的空天戰場環境愈發復雜，單個無人作戰飛機難以應對復雜多樣的作戰任務需求，大規模空中無人作戰是大勢所趨，無人作戰飛機集群攻擊能力是保證空中優勢的決定性因素。

對于大規模無人作戰飛機集群對抗任務，集中式決策與控制顯然不再適用，應當采取分布式決策和執行，每架無人作戰飛機都應當是具有自主決策能力的智能個體，而保證無人作戰飛機集群“雜而不亂、群中有序”是需要考慮的關鍵問題。目前熱門研究的集群攻擊方法之一是多智能體強化學習方法，該類方法通過構建相應的任務場景，對智能體進行大量的訓練，使其具有人腦一般的能力，實現自主決策，但該類方法訓練難度非常大，不確定性強，目前距離應用于實際還有很大差距。另一類研究較多的方法是微分博弈方法，該方法理論依據堅實，通過最優控制實現個體的最優決策與運動控制，對于小規模個體追逃問題具有較好的效能，但因其微分方程求解困難，隨著個體數量的增多會出現維度爆炸，因此面對大規模的集群對抗問題顯得無能為力。

從自然界獲取靈感是人類發明創造的源泉，空中之王“鷹”具有強悍的獵殺能力，而哈里斯鷹是目前發現的唯一一種群居性猛禽，他們群體生活，群體狩獵。哈里斯鷹群體狩獵能力遠超單只鷹，哈里斯鷹群體狩獵能夠捕獲比自身體型大的多的獵物，這是單只鷹做不到的。面對龐大的獵物群體，哈里斯鷹能夠通過一系列評估準則高效鎖定最有利于攻擊的獵物。哈里斯鷹的追逐策略無疑是令人驚嘆的，一旦鎖定目標獵物，它會采取迅猛突襲的方式高效地捕獲獵物。因此，通過將這些哈里斯鷹狩獵的智能行為映射到無人作戰飛機集群攻擊方法中，充分發揮哈里斯鷹狩獵智能行為的自然優勢，是解決無人作戰飛機集群對抗的一個值得探索的有效途徑。

發明內容

本發明目的是提供一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰飛機集群攻擊方法，旨在解決無人作戰飛機集群對抗過程中的高效攻擊問題。通過借鑒哈里斯鷹狩獵智能行為，建立了仿哈里斯鷹的分布式攻擊目標決策方法和集群攻擊控制方法，并將其應用到無人作戰飛機模型中，實現無人作戰飛機集群對抗。

本發明提出一種仿哈里斯鷹狩獵智能行為的無人作戰飛機集群攻擊方法，具體實現步驟如下：

步驟一：初始化無人作戰飛機模型

無人作戰飛機采用簡化的六自由度飛機模型，其狀態量包括：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。無人作戰飛機所在坐標系定義如圖1所示。

無人作戰飛機的運動學方程如下式所示：

無人作戰飛機的動力學方程如下式所示：

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