CN113359813B - 一种多领弹多从弹群组协同制导方法 - Google Patents

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

一种多领弹多从弹群组协同制导方法

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m_k(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＝[a_ij]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a_ij＝1，否则，a_ij＝0。采用

表示第k组飞行器第f(f＝1,2,…,m_k)枚从弹和第h(h＝1,2,…,m_k，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，r_k表示第k枚领弹与目标之间的距离，V_k表示恒定的导弹飞行速度，q_k为视线角，γ_k和φ_k分别为导弹的航迹角和前置角，法向加速度a_k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：

式中，

表示第k组弹群中第f个从弹与目标的距离，

和

表示第f个从弹的视线角、航迹角、前置角和速度，与领弹不同，从弹可以分别利用切向加速度

和法向加速度

来调整速度的大小和方向。

定义

那么可得：

式中，

和

为第k组弹群中第f个从弹加速度沿着和垂直于视线方向的分量，

和

分别为从弹的速度沿着和垂直于视线方向的分量，可建立以下关系：

步骤2：预测领弹的剩余命中时间

第i枚领弹的剩余命中时间

可采用下式预测：

式中N_s>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k_i为制导增益。

步骤5：定义第k组第f个从弹变量为：

式中，

为距离一致性协同误差，

为虚拟控制项，

为虚拟控制误差。

步骤6：给出从弹的协同制导律

从弹的协同制导律设计为：

式中，

为辅助变量，w_f,1,w_f,2和w_f,3为正实数。

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，r_k表示第k枚领弹与目标之间的距离，V_k表示恒定的导弹飞行速度，q_k为视线角，γ_k和φ_k分别为导弹的航迹角和前置角，法向加速度a_k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：

式中，

表示第k组弹群中第f个从弹与目标的距离，

和

分别表示第f个从弹的视线角、航迹角、前置角和速度。与领弹不同，从弹可以分别利用切向加速度

和法向加速度

来调整速度的大小和方向。

我们定义

则第f个从弹相对目标的运动关系可转换为：

式中，

和

为第k组弹群中第f个从弹加速度沿着和垂直于视线方向的分量，

和

分别为从弹的速度沿着和垂直于视线方向的分量，可建立以下关系：

步骤2：预测领弹的剩余命中时间

第i枚领弹的剩余命中时间

可采用下式预测：

式中N_s>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k_i为制导增益。

步骤5：定义第k组第f个从弹协同变量为：

式中，

和

分别为距离一致性协同误差、虚拟控制项和虚拟控制误差。

步骤6：给出从弹的协同制导律

从弹的协同制导律设计为：

式中，

为辅助变量，w_f,1,w_f,2和w_f,3为正实数。

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L_i表示第i个领弹，F_i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k_i＝1.5,w_f,1＝0.5,w_f,2＝3,w_f,3＝5,N_s＝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，r_k表示第k枚领弹与目标之间的距离，V_k表示恒定的导弹飞行速度，q_k为视线角，γ_k和φ_k分别为导弹的航迹角和前置角，法向加速度a_k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：

式中，

表示第k组弹群中第f个从弹与目标的距离，

和

表示第f个从弹的视线角、航迹角、前置角和速度，与领弹不同，从弹可以分别利用切向加速度

和法向加速度

来调整速度的大小和方向；

定义

那么可得：

式中，

和

为第k组弹群中第f个从弹加速度沿着和垂直于视线方向的分量，

和

分别为从弹的速度沿着和垂直于视线方向的分量，可建立以下关系：

步骤2：预测领弹的剩余命中时间

第i枚领弹的剩余命中时间

可采用下式预测：

式中N_s>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k_i为制导增益；

步骤5：定义第k组第f个从弹变量为：

式中，

为距离一致性协同误差，

为虚拟控制项，

为虚拟控制误差；

步骤6：给出从弹的协同制导律

从弹的协同制导律设计为：

式中，

为辅助变量，w_f,1,w_f,2和w_f,3为正实数。

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