CN113359813A - 一种多领弹多从弹群组协同制导方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多领弹多从弹群组协同制导方法,包括:步骤1:建立导弹相对目标的运动关系数学模型;步骤2:预测领弹的剩余命中时间;步骤3:定义领弹的一致性误差变量;步骤4:给出领弹的协同制导律;步骤5:定义第k组第f个从弹变量为;步骤6:给出从弹的协同制导律。通过本发明设计的方法,借助弹群间领弹的通信、以及弹群内的通信,通过建立运动关系数学模型,定义协同变量,分别给出了领弹和从弹的协同制导律,使得所有的导弹最终同时命中目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种多领弹多从弹群组协同制导方法,属于飞行器制导、控制领域。具体为发明了包含多领弹多从弹的群组协同制导律,使得所有导弹最终同时命中目标。
背景技术
协同制导方法能够使得多导弹实现对目标的同时命中,具有突防能力强和命中率高的优点。根据导弹在群体中承担“角色”的不同,协同制导方法可分为无主式协同制导律和基于“领从”式架构的协同制导律。对于“领从”式协同制导,现有的方法主要集中于单领弹多从弹的布局模式,多领弹多从弹的协同制导方法较少。如何设计出多领弹多从弹的群组协同制导方法,通过这种协同作战的方式实现对目标的同时命中具有重要意义。
发明内容
本发明针对多领弹多从弹协同打击静止目标问题,提出了一种多群组协同制导方法。攻击导弹由多个弹群组成,每个弹群包含1个领弹和多个从弹。借助弹群间领弹的通信、以及弹群内领从弹的通信,在建立运动关系数学模型,定义协同变量的基础上,针对领弹和从弹设计出多群组协同制导方法,实现所有导弹对目标的同时命中。
本发明的设计思路为:为多组导弹群设计协同制导方法,保证所有导弹能够最终同时命中目标。该方法首先建立领弹相对目标、从弹相对目标的运动关系数学模型,在此基础上预测领弹的剩余命中时间,并定义剩余命中时间的协同变量,设计出领弹的协同制导律。随之,建立弹群内从弹的一致性距离协同变量,设计出可保证与领弹弹目距离一致的从弹协同制导律,从而实现所有导弹最终同时命中目标。
本发明为一种多领弹多从弹群组协同制导方法,由以下步骤组成:
步骤1:建立导弹相对目标的运动关系数学模型
本发明假设n组弹群打击静止目标,每组弹群各包含1枚领弹和mk(k=1,2,…,n)枚从弹。领弹之间,以及组内的导弹之间在满足通信条件时可以交互信息,可采用图论表示导弹之间的通信关系。领弹之间的通信关系可用矩阵A=[aij]来表示,如果第i(i=1,2,…,n)枚领弹能够和第j(j=1,2,…,n,j≠i)枚领弹建立通信则其取值aij=1,否则,aij=0。采用表示第k组飞行器第f(f=1,2,…,mk)枚从弹和第h(h=1,2,…,mk,f≠h)枚从弹的通信关系,如果可以通信则否则一个组中的领弹只可以发送信息给从弹,但不能接收从弹的信息,采用表示第k组飞行器第f枚从弹与所在组领弹之间的关系,如果可接收领弹信息则否则如果任意两个弹体都能找到至少一条通信路径,则该通信拓扑图为连通图。若通信链路都为双向,则为无向图,若存在单向通信链路则为有向图。
针对二维平面下多导弹对固定目标的打击,假设弹间通信拓扑图为连通图,第k枚领弹与目标的相对运动学模型可由如下的方程描述:
式中,rk表示第k枚领弹与目标之间的距离,Vk表示恒定的导弹飞行速度,qk为视线角,γk和φk分别为导弹的航迹角和前置角,法向加速度ak垂直于速度方向。
第k组弹群中第f个从弹相对目标的运动关系可以表示为:
定义
那么可得:
步骤2:预测领弹的剩余命中时间
式中Ns>2表示导航比。
步骤3:定义领弹的一致性误差变量
领弹的一致性误差变量定义为:
步骤4:给出领弹的协同制导律
领弹的协同制导律设计为:
式中ki为制导增益。
步骤5:定义第k组第f个从弹变量为:
步骤6:给出从弹的协同制导律
从弹的协同制导律设计为:
本发明的有益效果为:设计了一种多领弹多从弹的群组协同制导方法。借助弹群间领弹的通信、以及弹群内的通信,通过建立运动关系数学模型,定义协同变量,分别给出了领弹和从弹的协同制导律,使得所有的导弹最终同时命中目标。
附图说明
图1弹间通信关系示意图。
图2第一组弹群运动轨迹。
图3第二组弹群运动轨迹。
图4第三组弹群运动轨迹。
图5第一组弹群弹目距离变化。
图6第二组弹群弹目距离变化。
图7第三组弹群弹目距离变化。
图8三枚领弹弹目距离变化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,参照附图1—8对本发明做进一步说明。
所发明一种多领弹多从弹的群组协同制导方法包含以下步骤:
步骤1:建立导弹相对运动关系数学模型
第k枚领弹与目标的相对运动学模型可由如下的方程描述:
式中,rk表示第k枚领弹与目标之间的距离,Vk表示恒定的导弹飞行速度,qk为视线角,γk和φk分别为导弹的航迹角和前置角,法向加速度ak垂直于速度方向。
第k组弹群中第f个从弹相对目标的运动关系可以表示为:
我们定义
则第f个从弹相对目标的运动关系可转换为:
步骤2:预测领弹的剩余命中时间
式中Ns>2表示导航比。
步骤3:定义领弹的一致性误差变量
领弹的一致性误差变量定义为:
步骤4:给出领弹的协同制导律
领弹的协同制导律设计为:
式中ki为制导增益。
步骤5:定义第k组第f个从弹协同变量为:
步骤6:给出从弹的协同制导律
从弹的协同制导律设计为:
借助Matlab仿真环境来验证所发明多领弹多从弹群组协同制导方法的有效性。对于实施例,以打击空中静止目标为背景,选择不同位置的3枚领弹,每枚领弹各分属三枚从弹形成一个群组,即构成三个群组。弹间通信拓扑关系如图1所示,其中Li表示第i个领弹,Fi表示第i个从弹,目标位置(9000m,12000m),三枚领弹的速度都选为200m/s,九枚从弹的速度为300m/s,初始横轴坐标位置和纵轴坐标位置分别为(1000,5000),(2000,4000)和(3000,3000),第一组从弹的位置为(3000,4000),(5000,3000)和(8000,2000),第二组从弹的位置为(1800,3800),(2000,3500)和(2200,3800),第三组从弹的位置为(2700,2700),(3000,2500)和(3300,2700),导引律参数设置为ki=1.5,wf,1=0.5,wf,2=3,wf,3=5,Ns=3,轴向过载最大限制为20g,法向过载最大限制为5g。
仿真结果见图2-图8,由平面运动轨迹和弹目距离曲线可知,在所发明的多领弹多从弹群组协同制导方法下,三枚领弹能够保证命中时间的同时性,各从弹的攻击时间也能够与所在弹群领弹的攻击时间保持一致。因此,所有的导弹最终能够实现对目标的同时命中。
Claims (1)
1.一种多领弹多从弹群组协同制导方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:建立导弹相对目标的运动关系数学模型
针对二维平面下多导弹对固定目标的打击,设弹间通信拓扑图为连通图,第k枚领弹与目标的相对运动学模型可由如下的方程描述:
式中,rk表示第k枚领弹与目标之间的距离,Vk表示恒定的导弹飞行速度,qk为视线角,γk和φk分别为导弹的航迹角和前置角,法向加速度ak垂直于速度方向;
第k组弹群中第f个从弹相对目标的运动关系可以表示为:
定义
那么可得:
步骤2:预测领弹的剩余命中时间
式中Ns>2表示导航比;
步骤3:定义领弹的一致性误差变量
领弹的一致性误差变量定义为:
步骤4:给出领弹的协同制导律
领弹的协同制导律设计为:
式中ki为制导增益;
步骤5:定义第k组第f个从弹变量为:
步骤6:给出从弹的协同制导律
从弹的协同制导律设计为:
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