CN113093733B - 一种无人艇集群对海打击方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人艇集群对海打击方法，包括：针对入侵目标的无人艇集群分配调度方案设计模块，无人艇集群航行控制算法设计模块，基于速度障碍法(VO)和交互速度障碍法的(RVO)的无人艇集群避障安全算法设计模块，针对多导弹指定时间命中有效摧毁入侵目标的打击模块设计，该系统能够在复杂海洋环境下完全自主地进行任务和路径的有效规划，并且能进行无人艇集群协同控制完成复杂航行等任务，实现自主避碰和安全航行，在协同控制方面，该系统能减少用于无人艇规划路径的信息量，通过协同控制的方式实现多无人艇集群在向打击位置移动同时满足安全航行的要求。

Description

一种无人艇集群对海打击方法

技术领域

本发明涉及计算机通信领域，尤其涉及一种无人艇集群对海打击方法。

背景技术

随着无人艇在民用领域以及军用领域的广泛应用，在海域领权和海域权利纷争紧张的情况下，无人艇以其数据感知融合、自主规划、精确航向、航速运动控制能力得到广泛的应用，提高了我国海域的装备和作战能力，维护了我国海洋的安全。协同控制无人艇集群，实现对入侵目标的打击，具有很高的研究价值和战略意义。

现已有许多针对无人艇集群在海域运动航线以及作战方案的研究。针对无人艇的航行规划以及对海域静态障碍物与动态障碍物规避的相关研究，文献[1](参见陈佐鹏.无人艇局部路径规划的研究与实现[D].华中科技大学,2019.)提出基于跟踪所预测的避障点的“动态几何法”无人艇局部路径规划方案，并结合对无人艇运动速度的控制实现对动态障碍物的规避，但当海域环境极其复杂，障碍物形成大规模的凸集时，局部路径规划无法引导无人艇集群驶出障碍区间。文献[2](参加李亚南.智能水面无人艇的集群运动控制研究[D].哈尔滨工业大学,2019.)研究了在含有静态障碍物与动态障碍物的复杂海域环境，将避障技术模块、路径预测模块、分布式反集群算法技术相结合，提出了一种根据路径预测的分布式反集群算法及避障方案，但计算量较大。针对多导弹对海域入侵目标打击的相关研究，文献[3](参见费爱国，张陆游，胡晓静.基于改进拍卖算法的空空导弹制导权移交技术研究[J].上海航天，2013，30(01):18-23.)通过构建空空导弹制导权移交问题的数学模型，设计了利用拍卖算法的空空导弹制导权移交方案；文献[4](参见刘万里.激光制导测量机器人系统及应用技术研究[D].天津大学，2009.)基于传统“光靶运动—光束跟踪”式激光跟踪测量技术，提出了一种新型的“光束运动—光靶跟踪”式激光制导测量方法；还未实现多导弹对入侵目标的协同指定时间有效摧毁。

海域环境十分复杂，大面积的静态障碍物以及动态障碍物对于无人艇的航向的影响值得被考虑。此外，多导弹在打击同一目标时，因为各个导弹的命中时间存在明显差异，导致攻击效果会降低。且无人艇对海打击软件系统相关的一体化技术软件平台开发成果较少。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种对于具有静态障碍物及动态障碍物的复杂海域环境，能够实现无人艇集群达到打击位置，并在指定时间内对目标的协同命中的无人艇集群对海打击方法，能减少用于无人艇规划路径的信息量，通过协同控制的方式实现多无人艇在向打击位置移动同时满足安全航行的要求。

技术方案：本发明所述的一种无人艇集群对海打击方法，包括如下步骤：

步骤1：针对入侵目标，根据基地与入侵目标的距离以及基地所含无人艇数量，确定无人艇集群分配调度方案；

步骤2：根据打击位置与基地位置，考虑海域平面静态障碍物位置，规划无人艇集群运动的全局路径；结合海域平面上的动态障碍物位置和静态障碍物位置，基于速度障碍法(VO)和交互速度障碍法(RVO)确定无人艇集群避障安全航行控制方案，使得无人艇到达各自打击位置；

步骤3：构建导弹的运动学模型，计算命中时间误差的估计表达式；基于比例导引法，进行多导弹指定时间有效摧毁入侵目标的导引律设计，规划导弹航路。

具体的，步骤1中，以基地为圆心，构建基地有效打击区域模型：

r_hit＝v_maxt_arri+d_miss

其中，r_hit为无人艇的最大航行距离即基地的打击区域半径，t_arri为无人艇到达打击位置的运动时间，v_max为无人艇的最大航行速度，导弹的有效射程统一用d_miss表示；

基于各基地到入侵目标的距离，形成针对入侵目标的有效打击集合：

其中

代表j号基地的位置，p^target代表打击目标的位置。

通过比较打击集合中基地的无人艇总数与执行目标打击任务需要的无人艇数量，作出是否执行打击任务的决策；通过计算最小距离与各距离的相对比例，初步确定各基地调度无人艇的数目，再结合各个基地实际情况，最终确定各基地派出无人艇的数量；具体步骤如下：

步骤1-1：根据距离入侵目标的远近，初步确定各基地派出无人艇比例；将打击集合H内各基地到目标的距离d_j进行排序，其中基地序号j映射到序号j_k，

步骤1-2：计算最小距离

与各距离的比值，计算各基地应派艇数占任务所需无人艇数量的相对比例：

其中，

为最小距离与基地j_m和目标距离的比值，

为归一化处理后基地应派出无人艇数量的比例；

步骤1-3：根据规格化后的比例以及各基地无人艇数量的情况，确定各个基地分派的无人艇数量；

步骤1-4：结合基地可派出无人艇数量的上限

计算各基地应派出无人艇的数量，采用向上取整算法：

其中

为打击目标所需要的无人艇数量；

步骤1-5：考虑因向上取整操作及基地可派遣无人艇数量，更新步骤1-4中各基地分配无人艇数量

1)若满足

则步骤1-4中计算结果即为各基地实际派出数量；

2)若出现

则按距离由近到远依次给基地指定分派艇数时，加入计算已派艇数是否以满足打击目标所需无人艇数量的判定；存在p使得恰好满足：

则前p-1个基地的无人艇分配数量仍为步骤1-4中计算得到的

j＝1,...,p-1，更新第p个基地的无人艇分配数量：

其余基地派遣无人艇数量设置为0；

3)若出现

则按照步骤1-4中计算分配无人艇数量之后，更新打击集合H，剔除原打击集合中剩余可派遣无人艇数量为0的基地指标，跳转到步骤1-2，继续分配。

具体的，步骤2包括如下内容：

步骤2-1：基于导弹的有效射程，选取无人艇集群安全的打击位置，具体计算方式为：

其中，(x^target,y^target)为目标位置；

为所选取的第i个安全打击位置，R代表目标的最佳打击距离，

为所选取的第一个安全打击位置，α为安全打击位置的分散角度，θ为第一个打击位置与水平方向的角度；

步骤2-2：针对具有复杂地理特征海域的路径规划，对栅格化的静态障碍物进行“膨化”处理，输出栅格化含障碍物海域矩阵；向A*算法输入无人艇起始位置，终点位置以及无人艇集群所处海域环境的栅格化处理矩阵，得到无人艇集群的全局路径规划方案，通过换算，返回实际坐标系下对应的有序坐标点序列Path(l)＝(x_l,y_l),l＝1,…,N^Path；其中N^Path为路径中局部目标点的个数，(x_l,y_l)代表海图上的坐标点，代表地理位置；

步骤2-3：根据有序坐标点序列Path(l)＝(x_l,y_l),l＝1,…,N^Path，结合无人艇实时运动位置环境的情况，设计各个无人艇运动的速度控制器；

考虑到无人艇在实际运行时只需考虑在其附近的障碍物，给出探测半径d_o，即无人艇只需将在其探测半径内的其余无人艇、动态障碍物以及静态障碍物作为其考虑碰撞的障碍物；这里将t时刻第u个无人艇认为构成障碍物的无人艇、静态障碍物以及动态障碍物编号的集合分别记为

以及

当各个无人艇当前位置的探测区域内无障碍物，即环境较为理想时，速度控制器的表达式为：

其中，假设第u个无人艇在t时刻的速度大小为

当各个无人艇当前位置的探测区域内有障碍物时，无人艇对于其余无人艇的避障采用交互速度避障法，对于动态障碍物和静态障碍物采用速度障碍法；具体为对第u个无人艇，在t时刻其不可选速度集为由静态障碍物、动态障碍物以及其他无人艇组成的障碍物集合：

其中VelObstacle_u(t)为无人艇u在时刻t的不可选速度集，

为速度为

的无人艇_ug所产生的不可选速度集合，

为静态障碍物b_s所产生的不可选速度集合，

为速度为

的动态障碍物b_d所产生的不可选速度集合；

在去除VelObstacle_u(t)的速度候选集中选择与理想速度最接近的速度作为最终选择的速度，此时，速度控制器的表达式为：

其中All_u(t)表示第u个无人艇在t时刻速度生成集，β为惩罚系数，t_collision为无人艇与所有障碍物碰撞的时间最小值，v_u(t)为t时刻第u个无人艇的速度。

具体的，步骤3中，各无人艇以相同速度发射导弹打击目标，运动过程中导弹速度大小不变，采用比例导引的制导策略设计导引律，令导航比N为可变的待设计的量，通过设计变化的导航比改变导弹的法向加速度，进而改变导弹的运动方向和运动轨迹，调节命中时间使得导弹在指定时间命中目标，实现精确指定时间命中目标；具体包括如下内容：

建立导弹与静止目标之间的相对运动学方程为：

其中，v_m为导弹的速度向量；r为导弹与目标之间的相对距离；λ为视线角；γ为航迹角；a为导弹的加速度，

方向与导弹速度垂直；

为导弹的速度向量的转动角速度，

为视线的转动角速度；

导弹的命中时间误差的估计值

表示为：

其中，常数N_s＞2，t为当前时刻，

为导弹命中目标的时间；

设计导航比为N为：

其中常系数满足k₁、k₂＞0,0＜μ＜1，符号

连续且可导，一阶导数为

由此实现多导弹对指定目标的指定时间同时命中。

进一步的，无人艇集群发射导弹时间为各无人艇恰好都到达各自的打击位置后的Δt时刻发射导弹，进行打击，Δt＞Δτ；Δτ代表无人艇间的通信间隔。

假设第一个到达打击位置的无人艇为领导者，其他无人艇与之通信；

(i)当无人艇未抵达打击位置时，向领导者发送状态0；

(ii)当无人艇已抵达打击位置时，向领导者发送状态1。

为实现间歇通信间隔不大于Δτ情况下的协同打击，作如下设定：

当无人艇集群向领导者发送其状态恰好均为1时，领导者向无人艇发送Δt后发射导弹的信号，由此实现同时命中。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、本发明的制导律方法可满足空间中导弹群对机动目标协同攻击的要求。此外，制导律允许通信间存在时滞，提高了协同作战的环境适应度，且制导律具有良好的鲁棒性和控制输入平稳性；2、本发明所提供的无人艇集群对海打击软件系统的开发方法，可适用于静态障碍物与动态障碍物的复杂海域环境，满足安全航行的要求。此外实现对入侵目标的指定时间协同命中，能够有效摧毁入侵目标，实现有效作战的需求，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的针对无人艇集群对海打击软件的系统开发架构说明示意图；

图2是本发明的针对某基地的打击范围模型说明示意图；

图3是本发明的针对入侵目标的无人艇集群分配调度算法步骤说明示意图；

图4是本发明的针对入侵目标的无人艇最佳打击位置选取示意图；

图5是本发明的无人艇集群在海域水面航行过程中遇到复杂障碍物航行受困示意图；其中，图5(a)为t时刻的受困示意图，5(b)为t+Δt时刻的受困示意图，5(c)为t+2Δt时刻的受困示意图；

图6是本发明的基于A*算法规划设计无人艇集群航线示意图；

图7是本发明的针对无人艇集群与静态障碍物、动态障碍物间的运动速度障碍区间示意图；

图8是本发明的针对无人艇集群间的运动交互速度障碍区间示意图；

图9是本发明的针对导弹的运动轨迹示意图；

图10是本发明的针对无人艇集群的关于导弹发射时间的通信图；其中，图10(a)为“等待打击”的通信图，10(b)为“Δt后打击”的通信图；

图11是本发明仿真模拟的各导弹指定时间命中入侵目标的运动轨迹结果示意图；

图12是本发明所开发的无人艇集群对海打击系统的主界面显示示意图；

图13是本发明所开发的无人艇集群对海打击系统的同时执行多目标打击任务的模拟效果界面显示示意图；

图14是本发明所开发的无人艇集群对海打击系统的出现等待打击入侵目标情形的模拟效果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

海域环境十分复杂，对于大面积的静态障碍物以及动态障碍物时候，目前已有文献的研究结果，无法以较少的计算量和通信量实现路径规划及对规避障碍物的安全航行。此外，多导弹在打击同一目标时，因为各个导弹的命中时间存在明显差异，导致攻击效果会降低。且无人艇对海打击软件系统相关的一体化技术软件平台开发成果较少。

基于以上的考虑，本发明首先建立各个基地的打击模型，以确定针对某具体目标需要分派无人艇的基地集合；基于A*的全局路径规划算法与针对静态障碍物、动态障碍物的速度障碍法和针对其余无人艇障碍物的交互速度障碍法相结合的无人艇集群速度控制器设计，实现无人艇的安全自主航行；基于比例导引法设计导航比，规划导弹航路，实现多导弹指定时间同时命中目标。本发明所设计开发的智能控制软件实现了信息融合、航向自主(协同)规划功能，航向、航速、航迹控制、避障决策功能的自主航行控制和打击方案生成功能与导弹协同攻击功能。

图1表示了本发明的针对无人艇集群对海打击软件系统整体开发架构，图2和图3分别表示本发明的针对某基地的打击范围模型及针对入侵目标的无人艇集群分配调度算法步骤流程，具体执行如下：

步骤1：建立各个基地的打击范围，根据各个基地与入侵目标的距离以及基地所含无人艇数量等实际情况，确定针对入侵目标的无人艇集群分配方案，具体内容如下：

步骤1-1：构建基地打击区域模型，该基地打击区域模型为以基地为圆心，以无人艇的最大航行距离和导弹的有效射程之和为半径的圆形：

r_hit＝v_maxt_arri+d_miss (1)

其中无人艇的最大航行距离由无人艇到达打击位置的运动时间t_arri和无人艇的最大航行速度v_max决定，d_miss为导弹的有效射程，r_hit为基地的打击区域半径。针对某入侵目标，根据基地位置与无人艇数量确定无人艇的调度分配方案：

形成打击集合H：

其中

代表j号基地的位置，p^target代表打击目标的位置。

判断打击集合内各基地可派遣无人艇数量之和是否满足打击目标所需无人艇数量

的需求，若不满足则系统直接显示无法实现有效打击。

步骤1-2：根据距离入侵目标的远近，初步确定各基地派出无人艇比例；将打击集合H内各基地到目标的距离d_j进行排序，其中基地序号j映射到序号j_k，

步骤1-3：计算最小距离

与各距离的比值，计算各基地应派艇数占任务所需无人艇数量的相对比例：

其中，

为最小距离与j_m号基地和目标距离的比值，

为归一化处理后基地应派出无人艇数量的比例；

步骤1-4：结合基地可派出无人艇数量的上限

j∈H，计算各基地应派出无人艇的数量，采用向上取整算法：

其中

为打击目标所需要的无人艇数量。

步骤1-5：考虑因向上取整操作及基地可派遣无人艇数量，更新步骤1-4中各基地分配无人艇数量

1)若满足

则步骤1-4中计算结果则为各基地实际派出数量；

2)若出现

则按距离由近到远依次给基地指定分派艇数时，加入计算已派艇数是否以满足打击目标所需无人艇数量的判定；存在p使得恰好满足：

则前p-1个基地的无人艇分配数量仍为步骤1-4中计算得到的

j＝1,...,p-1，更新第p个基地的无人艇分配数量：

其余基地派遣无人艇数量设置为0；

3)若出现

则按照步骤1-4中计算分配无人艇数量之后，更新打击集合H，剔除原打击集合中剩余可派遣无人艇数量为0的基地指标，跳转到步骤1-2，继续分配。

以有效打击目标需20艘无人艇，该目标在5个基地的打击范围内的情形为例，按照所设计的算法无人艇的具体分派过程如下表所示。

表1

基地	B1	B2	B3	B4	B5
						可派数量	10	10	12	10	11
到目标距离	1	4	5	6	15
						距离比值(1)	1	1/4	1/5	1/6	1/15
分派比值(1)	60/101	15/101	12/101	10/101	4/101
						分派艇数(1)	12	3	3	2	1
实际指派(1)	10	3	3	2	1
						剩余数量(1)	0	7	9	8	10
距离比值(2)	0	1	4/5	4/6	4/15
						分派艇数(2)	0	1	1	1	1
实际指派(2)	0	1	0	0	0
						指派情况	10	4	3	2	1

图4表示了本发明的针对入侵目标的无人艇最佳打击位置选取，图5表示了本发明的无人艇集群在海域水面航行过程中遇到复杂障碍物航行受困情形，图6表示了本发明的基于A*算法规划设计无人艇集群航线；图7和图8分别表示了本发明的针对无人艇集群与静态障碍物、动态障碍物间的运动速度障碍区间和针对无人艇集群间的运动交互速度障碍区间。具体执行方式如下：

步骤2：选取无人艇集群安全的打击位置，根据A*算法规划无人艇的全局路径，再结合速度障碍法实现无人艇对海域平面静态障碍物和动态障碍物的规避，基于交互速度障碍法实现无人艇对其余无人艇的规避，实现无人艇集群的安全航行。

步骤2-1：选取无人艇集群安全的打击位置，具体计算方式为：

其中，(x^target,y^target)为目标位置；

为所选取的第i个安全打击位置，R代表目标的最佳打击距离，

为所选取的第一个安全打击位置，α为安全打击位置的分散角度，θ为第一个打击位置与水平方向的角度。

步骤2-2：针对具有复杂地理特征海域的路径规划，对栅格化的静态障碍物进行“膨化”处理，输出栅格化含障碍物海域矩阵；向A*算法输入无人艇起始位置，终点位置以及无人艇集群所处海域环境的栅格化处理矩阵，得到无人艇集群的全局路径规划方案，通过换算，返回实际坐标系下对应的有序坐标点序列Path(l)＝(x_l,y_l),l＝1,…,N^Path；其中N^Path为路径中局部目标点的个数，(x_l,y_l)代表海图上的坐标点位置。

步骤2-3：根据有序坐标点序列Path(l)＝(x_l,y_l),l＝1,…,N^Path，结合无人艇实时运动位置环境的情况，设计各个无人艇运动的速度控制器；

考虑到无人艇在实际运行时只需考虑在其附近的障碍物，给出探测半径d_o，即无人艇只需将在其探测半径内的其余无人艇、动态障碍物以及静态障碍物作为其考虑碰撞的障碍物。这里将t时刻第u个无人艇认为构成障碍物的无人艇、静态障碍物以及动态障碍物编号的集合分别记为

以及

当各个无人艇当前位置的探测区域内无障碍物，即环境较为理想时，速度控制器的表达式为：

其中，假设第u个无人艇在t时刻的速度大小为

当各个无人艇当前位置的探测区域内有障碍物时，无人艇对于其余无人艇的避障采用交互速度避障法，对于动态障碍物和静态障碍物采用速度障碍法；具体为对第u个无人艇，在t时刻其不可选速度集为由静态障碍物、动态障碍物以及其他无人艇组成的障碍物集合：

其中VelObstacle_u(t)为无人艇u在时刻t的不可选速度集，

为速度为

的无人艇u_g所产生的不可选速度集合，

为静态障碍物b_s所产生的不可选速度集合，

为速度为

的动态障碍物b_d所产生的不可选速度集合。

速度障碍法与交互速度障碍法在无人艇进行避障时具体表现为去掉不可选速度集VelObstacle_i(t)，因此所设计无人艇的理想速度可能由于落在VelObstacle_i(t)中而被去除，在去除VelObstacle_u(t)的速度候选集中选择与理想速度最接近的速度作为最终选择的速度，此时，速度控制器的表达式为：

其中All_u(t)表示第u个无人艇在t时刻速度生成集，β为惩罚系数，t_collision为无人艇与所有障碍物碰撞的时间最小值，v_u(t)为t时刻无人艇u的速度。

图9和图10表示了本发明的针对导弹的运动轨迹和无人艇集群关于导弹发射时间的通信，图11表示了本发明仿真模拟的各导弹指定时间命中入侵目标的运动轨迹结果，具体执行如下：

步骤3：无人艇集群在到达相应打击位置后，基于比例导引法设计导引律，实现多导弹对入侵目标的指定时间同时命中，具体内容如下：

步骤3-1：建立导弹与目标的相对运动学模型

基于比例导引进行指定时间命中目标的导引律设计，即通过设计导弹的加速度a，使得导弹在指定时间

命中目标，

导弹与目标之间的相对距离为r，视线角假设为λ，航迹角假设为γ，导弹的加速度假设为a，方向与导弹速度垂直，导弹的速度向量的转动角速度表示为

视线的转动角速度表示为

比例系数(也称导航比)统一用N表示。

步骤3-2：计算命中时间误差的估计值

其中常数N_s＞2，设置导弹命中目标的时间为

定义当前时刻为t。

步骤3-3：设计导航比为N为

常系数满足k₁、k₂＞0,0＜μ＜1，符号

连续且可导，一阶导数为

图12表示本发明所开发的无人艇集群对海打击系统的主界面，主界面中，基地设置如下：

无人艇半径2米；基地半径100米；

基地无人艇数量5个；

基地打击距离200千米；打击数量5个。

图13和图14表示无人艇集群对海打击系统面对多个入侵目标的测试效果。

综合仿真测试，本发明所设计的无人艇集群对海打击系统开发方法能够满足对海打击的需求。

Claims (6)

1.一种无人艇集群对海打击方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：针对入侵目标，根据基地与入侵目标的距离以及基地所含无人艇数量，确定无人艇集群分配调度方案；

步骤2：根据打击位置与基地位置，考虑海域平面静态障碍物位置，规划无人艇集群运动的全局路径；结合海域平面上的动态障碍物位置和静态障碍物位置，基于速度障碍法(VO)和交互速度障碍法(RVO)确定无人艇集群避障安全航行控制方案，使得无人艇到达各自打击位置；

步骤2具体包括如下内容：

步骤2-1：基于导弹的有效射程，选取无人艇集群安全的打击位置，具体计算方式为：

其中，(x^target，y^target)为目标位置；

为所选取的第i个安全打击位置，R代表目标的最佳打击距离，

为所选取的第一个安全打击位置，α为安全打击位置的分散角度，θ为第一个打击位置与水平方向的角度；

步骤2-2：针对具有复杂地理特征海域的路径规划，对栅格化的静态障碍物进行“膨化”处理，输出栅格化含障碍物海域矩阵；向A*算法输入无人艇起始位置，终点位置以及无人艇集群所处海域环境的栅格化处理矩阵，得到无人艇集群的全局路径规划方案通过换算，返回实际坐标系下对应的有序坐标点序列Path(l)＝(x_l，y_l)，l＝1，…，N^Path；其中N^Path为路径中局部目标点的个数，(x_l，y_l)代表海图上的坐标点，代表地理位置；

步骤2-3：根据有序坐标点序列Path(l)＝(x_l，y_l)，l＝1，…，N^Path，结合无人艇实时运动位置环境的情况，设计各个无人艇运动的速度控制器；

考虑到无人艇在实际运行时只需考虑在其附近的障碍物，给出探测半径d_o，即无人艇只需将在其探测半径内的其余无人艇、动态障碍物以及静态障碍物作为其考虑碰撞的障碍物；这里将t时刻第u个无人艇认为构成障碍物的无人艇、静态障碍物以及动态障碍物编号的集合分别记为

以及

当各个无人艇当前位置的探测区域内无障碍物，即环境较为理想时，速度控制器的表达式为：

其中，假设第u个无人艇在t时刻的速度大小为

当各个无人艇当前位置的探测区域内有障碍物时，无人艇对于其余无人艇的避障采用交互速度避障法，对于动态障碍物和静态障碍物采用速度障碍法；具体为对第u个无人艇，在t时刻其不可选速度集为由静态障碍物、动态障碍物以及其他无人艇组成的障碍物集合：

其中VelObstacle_u(t)为无人艇u在时刻t的不可选速度集，

为速度为

的无人艇u_g所产生的不可选速度集合，

为静态障碍物b_s所产生的不可选速度集合，

为速度为

的动态障碍物b_d所产生的不可选速度集合；

在去除VelObstacle_u(t)的速度候选集中选择与理想速度最接近的速度作为最终选择的速度，此时，速度控制器的表达式为：

其中All_u(t)表示第u个无人艇在t时刻速度生成集，β为惩罚系数，t_collision为无人艇与所有障碍物碰撞的时间最小值，v_u(t)为t时刻第u个无人艇的速度； 步骤3：构建导弹的运动学模型，计算命中时间误差的估计表达式；基于比例导引法，进行多导弹指定时间有效摧毁入侵目标的导引律设计，规划导弹航路。

2.根据权利要求1所述的无人艇集群对海打击方法，其特征在于，步骤1中，以基地为圆心，构建基地有效打击区域模型：

r_hit＝v_maxt_arri+d_miss

其中，r_hit为无人艇的最大航行距离即基地的打击区域半径，t_arri为无人艇到达打击位置的运动时间，v_max为无人艇的最大航行速度，导弹的有效射程统一用d_miss表示；

基于各基地到入侵目标的距离，形成针对入侵目标的有效打击集合：

其中

代表j号基地的位置，p^target代表打击目标的位置；

通过比较打击集合中基地的无人艇总数与执行目标打击任务需要的无人艇数量，作出是否执行打击任务的决策；通过计算最小距离与各距离的相对比例，初步确定各基地调度无人艇的数目，再结合各个基地实际情况，最终确定各基地派出无人艇的数量。

3.根据权利要求2所述的无人艇集群对海打击方法，其特征在于，所述通过计算最小距离与各距离的相对比例，初步确定各基地调度无人艇的数目，再结合各个基地实际情况，最终确定各基地派出无人艇的数量的具体步骤如下：

步骤1-1：根据距离入侵目标的远近，初步确定各基地派出无人艇比例；将打击集合H内各基地到目标的距离d_j进行排序，其中基地序号j映射到序号j_k，

步骤1-2：计算最小距离

与各距离的比值，计算各基地应派艇数占任务所需无人艇数量的相对比例：

其中，

为最小距离与基地j_m和目标距离的比值，

为归一化处理后基地应派出无人艇数量的比例；

步骤1-3：根据规格化后的比例以及各基地无人艇数量的情况，确定各个基地分派的无人艇数量。

4.根据权利要求3所述的无人艇集群对海打击方法，其特征在于，还包括：

步骤1-4：结合基地可派出无人艇数量的上限

计算各基地应派出无人艇的数量，采用向上取整算法：

其中

为打击目标所需要的无人艇数量；

步骤1-5：考虑因向上取整操作及基地可派遣无人艇数量，更新步骤1-4中各基地分配无人艇数量

1)若满足

则步骤1-4中计算结果即为各基地实际派出数量；

2)若出现

则按距离由近到远依次给基地指定分派艇数时，加入计算已派艇数是否以满足打击目标所需无人艇数量的判定；存在p使得恰好满足：

则前p-1个基地的无人艇分配数量仍为步骤1-4中计算得到的

更新第p个基地的无人艇分配数量：

其余基地派遣无人艇数量设置为0；

3)若出现

则按照步骤l-4中计算分配无人艇数量之后，更新打击集合H，剔除原打击集合中剩余可派遣无人艇数量为0的基地指标，跳转到步骤1-2，继续分配。

5.根据权利要求1所述的无人艇集群对海打击方法，其特征在于，步骤3中，各无人艇以相同速度发射导弹打击目标，运动过程中导弹速度大小不变，采用比例导引的制导策略设计导引律，令导航比N为可变的待设计的量，通过设计变化的导航比改变导弹的法向加速度，进而改变导弹的运动方向和运动轨迹，调节命中时间使得导弹在指定时间命中目标，实现精确指定时间命中目标；具体包括如下内容：

建立导弹与静止目标之间的相对运动学方程为：

其中，v_m为导弹的速度向量；r为导弹与目标之间的相对距离；λ为视线角；γ为航迹角；a为导弹的加速度，

方向与导弹速度垂直；

为导弹的速度向量的转动角速度，

为视线的转动角速度；

导弹的命中时间误差的估计值

表示为：

其中，常数N_s＞2，t为当前时刻，

为导弹命中目标的时间；

设计导航比为N为：

其中常系数满足k₁、k₂＞0，0＜μ＜1，符号

连续且可导，一阶导数为

由此实现多导弹对指定目标的指定时间同时命中。

6.根据权利要求5所述的无人艇集群对海打击方法，其特征在于，无人艇集群发射导弹时间为各无人艇恰好都到达各自的打击位置后的Δt时刻发射导弹，进行打击，Δt＞Δτ；Δτ代表无人艇间的通信间隔；

假设第一个到达打击位置的无人艇为领导者，其他无人艇与之通信；

(i)当无人艇未抵达打击位置时，向领导者发送状态0；

(ii)当无人艇已抵达打击位置时，向领导者发送状态1；

为实现间歇通信间隔不大于Δτ情况下的协同打击，作如下设定：

当无人艇集群向领导者发送其状态恰好均为1时，领导者向无人艇发送Δt后发射导弹的信号，由此实现同时命中。

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