速度时变情况下多飞行器时间协同制导方法研究
发布时间：2021-02-17 08:55
针对无动力飞行器在速度时变情况下的同时攻击问题,提出基于非线性扩张状态观测器的分布式时间协同三维制导方法。定义飞行器的总前置角以推导简化的相对运动方程,并选取飞行器与目标的相对距离和接近速度为协调变量。考虑实际中飞行器速度时变的情况,把速度变化率建模误差及外界干扰作为扰动,弥补了已有方法对速度严格限制为常速的不足。为了估计系统扰动,设计非线性扩张状态观测器,并证明了带扰动估计的一致性控制协议可以保证多飞行器系统攻击时间的有界一致性。基于该控制协议的时间协同制导律由于在飞行器速度方向与视线方向之间始终存有夹角,当时间协同基本达成时切换成前置角有限时间收敛制导律,以保证最终的制导精度和攻击效果,两种制导律采用模糊逻辑规则平滑连接。通过仿真实验验证了所提制导方法的有效性以及优势。
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
多飞行器对目标同时攻击的示意图
图2所示为第i个飞行器与目标的三维相对运动关系。图2中:OLxLyLzL表示视线坐标系，Omxmymzm表示飞行器体坐标系;M"i为Mi在Oxz平面内的投影，θLi和φLi分别为飞行器-目标连线的高低角和方位角，θmi和φmi分别为飞行器速度矢量相对视线矢量的前置倾角和前置偏角。不失一般性，以第i个飞行器为例建立运动模型。不同于一些文献采用纵向通道和侧向通道解耦的三维导引模型，本文采用的三维导引模型[28]考虑侧向通道与纵向通道的耦合，更贴近实际情况。下面的非线性微分方程描述了三维空间中相对运动及飞行器的运动状态，表示为
在通信网络支撑下，本文基于一致性理论设计了统一的结构，以实现协同制导核心任务即同时攻击目标。该分布式协同制导结构包括三部分:1)一致性模块，使各个飞行器的协调变量趋近于基准值，完成所期望的任务目标;2)协同模块，接受一致性模块下行的实例化协调变量，经协同控制算法得到协同制导指令;3)实际飞行器运动模型，接受协同制导指令，调节自身运动。基于协同场景的多飞行器时间协同制导原理如图3所示。图3中:bi、ui和χi分别表示第i个飞行器的输出、控制输入和本地实例化协调变量;χr表示协调变量需要跟踪的虚拟领导者的基准状态;zci表示协同控制模块向一致性跟踪模块反馈的信息;zmi表示飞行器运动模型向协同控制模块反馈的信息;Ni(t)为t时刻第i个飞行器可以获得协调变量信息的飞行器集合，j为其中元素;Ji(t)为t时刻第i个飞行器可以获得的输出信息飞行器集合，k为其中元素。在具有基准状态的多飞行器时间协同任务中，真实或者虚拟的领导者状态可以作为各个飞行器的基准状态(具体设计见2.2节)，而基准状态可以直接或者间接被其余跟随者获知，这些飞行器可以根据一致跟踪算法以及本地制导律来调节自身的运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于终端滑模理论的攻击时间控制制导律[J]. 吴放,常思江,陈升富. 系统工程与电子技术. 2019(10)
[2]通信拓扑切换下的多飞行器协同拦截方法[J]. 赵恩娇,杨明,晁涛,王松艳. 宇航学报. 2019(06)
[3]带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律[J]. 陈升富,常思江,吴放. 兵工学报. 2019(04)
[4]带有不同视场约束的多导弹分布式协同制导[J]. 叶鹏鹏,张蛟,李银伢,戚国庆,盛安冬. 兵工学报. 2019(03)
[5]基于解析剖面的时间协同再入制导[J]. 王肖,郭杰,唐胜景,祁帅. 航空学报. 2019(03)
[6]带有引诱角色的有限时间协同制导方法[J]. 张帅,郭杨,王仕成. 宇航学报. 2018(03)
[7]非持续连通通信拓扑下的多导弹协同制导[J]. 叶鹏鹏,盛安冬,张蛟,武兆斌,戚国庆,李银伢. 兵工学报. 2018(03)
[8]高超声速飞行器时间协同再入制导[J]. 方科,张庆振,倪昆,程林,黄云涛. 航空学报. 2018(05)
[9]带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律[J]. 吕腾,吕跃勇,李传江,郭延宁. 兵工学报. 2018(02)
[10]Distributed cooperative guidance for multiple missiles with fixed and switching communication topologies[J]. Qilun ZHAO,Xiwang DONG,Zixuan LIANG,Chen BAI,Jian CHEN,Zhang REN. Chinese Journal of Aeronautics. 2017(04)
本文编号：3037751
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
多飞行器对目标同时攻击的示意图
图2所示为第i个飞行器与目标的三维相对运动关系。图2中:OLxLyLzL表示视线坐标系，Omxmymzm表示飞行器体坐标系;M"i为Mi在Oxz平面内的投影，θLi和φLi分别为飞行器-目标连线的高低角和方位角，θmi和φmi分别为飞行器速度矢量相对视线矢量的前置倾角和前置偏角。不失一般性，以第i个飞行器为例建立运动模型。不同于一些文献采用纵向通道和侧向通道解耦的三维导引模型，本文采用的三维导引模型[28]考虑侧向通道与纵向通道的耦合，更贴近实际情况。下面的非线性微分方程描述了三维空间中相对运动及飞行器的运动状态，表示为
在通信网络支撑下，本文基于一致性理论设计了统一的结构，以实现协同制导核心任务即同时攻击目标。该分布式协同制导结构包括三部分:1)一致性模块，使各个飞行器的协调变量趋近于基准值，完成所期望的任务目标;2)协同模块，接受一致性模块下行的实例化协调变量，经协同控制算法得到协同制导指令;3)实际飞行器运动模型，接受协同制导指令，调节自身运动。基于协同场景的多飞行器时间协同制导原理如图3所示。图3中:bi、ui和χi分别表示第i个飞行器的输出、控制输入和本地实例化协调变量;χr表示协调变量需要跟踪的虚拟领导者的基准状态;zci表示协同控制模块向一致性跟踪模块反馈的信息;zmi表示飞行器运动模型向协同控制模块反馈的信息;Ni(t)为t时刻第i个飞行器可以获得协调变量信息的飞行器集合，j为其中元素;Ji(t)为t时刻第i个飞行器可以获得的输出信息飞行器集合，k为其中元素。在具有基准状态的多飞行器时间协同任务中，真实或者虚拟的领导者状态可以作为各个飞行器的基准状态(具体设计见2.2节)，而基准状态可以直接或者间接被其余跟随者获知，这些飞行器可以根据一致跟踪算法以及本地制导律来调节自身的运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于终端滑模理论的攻击时间控制制导律[J]. 吴放,常思江,陈升富. 系统工程与电子技术. 2019(10)
[2]通信拓扑切换下的多飞行器协同拦截方法[J]. 赵恩娇,杨明,晁涛,王松艳. 宇航学报. 2019(06)
[3]带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律[J]. 陈升富,常思江,吴放. 兵工学报. 2019(04)
[4]带有不同视场约束的多导弹分布式协同制导[J]. 叶鹏鹏,张蛟,李银伢,戚国庆,盛安冬. 兵工学报. 2019(03)
[5]基于解析剖面的时间协同再入制导[J]. 王肖,郭杰,唐胜景,祁帅. 航空学报. 2019(03)
[6]带有引诱角色的有限时间协同制导方法[J]. 张帅,郭杨,王仕成. 宇航学报. 2018(03)
[7]非持续连通通信拓扑下的多导弹协同制导[J]. 叶鹏鹏,盛安冬,张蛟,武兆斌,戚国庆,李银伢. 兵工学报. 2018(03)
[8]高超声速飞行器时间协同再入制导[J]. 方科,张庆振,倪昆,程林,黄云涛. 航空学报. 2018(05)
[9]带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律[J]. 吕腾,吕跃勇,李传江,郭延宁. 兵工学报. 2018(02)
[10]Distributed cooperative guidance for multiple missiles with fixed and switching communication topologies[J]. Qilun ZHAO,Xiwang DONG,Zixuan LIANG,Chen BAI,Jian CHEN,Zhang REN. Chinese Journal of Aeronautics. 2017(04)
本文编号：3037751
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