[发明专利]一种控制多枚导弹攻击角度和攻击时间的方法

权利要求书

1.一种控制多枚导弹攻击角度和攻击时间的方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、在协同作战的多枚导弹中，任意选取一枚作为领弹，并根据武器系统的总体作战要求，为领弹选取任一制导律；同时以目标为球心，以领弹与目标之间的距离为半径构造虚拟球体；

步骤二、将剩余的导弹定义为从弹，根据导弹协同作战的需求，参考领弹对目标的攻击情况，为每一从弹设定理想攻击角度；同时在虚拟球体表面为每一从弹选定虚拟点，每一虚拟点与目标之间连线的方向为其对应从弹的理想攻击角度，其中虚拟点的位置随着领弹与目标的逼近不断更新；

步骤三、通过控制从弹运动轨迹跟踪并逼近虚拟点轨迹，从而实现对多枚导弹攻击角度和攻击时间的控制。

2.根据权利要求1所述控制多枚导弹攻击角度和攻击时间的方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：

步骤101、在地面坐标系中，建立目标的运动模型、从弹的运动模型及虚拟点位置模型，根据所建立的模型在地面坐标系中建立从弹与虚拟点之间的相对运动模型；该步骤的具体过程为：

步骤I、在地面坐标系中建立目标的运动模型：

x·T=VTcosθTcosψVTy·T=VTsinθTz·T=-VTcosθTsinψVT---(1)]]>

其中X_T＝[x_T，y_T，z_T]表示目标的位置，V_T为目标的速度，θ_T和ψ_VT为目标速度矢量与地面坐标系坐标轴的夹角；

步骤II、在地面坐标系中建立表征虚拟点位置模型为：

xv=xT-rlcosϵycosϵzyv=yT-rlsinϵyzv=zT+rlcosϵysinϵz---(2)]]>

其中：X_v＝[x_v，y_v，z_v]为虚拟点的坐标，r_l为领弹与目标之间的距离，ε_y、ε_z分别为从弹在俯仰方向和偏航方向设定的理想攻击角；

步骤III、在地面坐标系中建立从弹的运动模型为：

x·m=VcosθcosψVy·m=Vsinθz·m=-VcosθsinψV---(3)]]>

其中：X_m＝[x_m，y_m，z_m]表示从弹的位置，V为从弹的速度，θ和ψ_V为从弹的弹道倾角和弹道偏角；

步骤IV、根据步骤I-III所建立的模型，在地面坐标系中建立从弹与虚拟点之间的相对运动模型；

从弹和虚拟点之间的相对位置为：

xd=xm-xvyd=ym-yvzd=zm-zv---(4)]]>

对式(4)求导可得到从弹与虚拟点的相对速度差：

x·d=x·m-x·vy·d=y·m-y·vz·d=z·m-z·v---(5)]]>

将式(5)写为向量形式为：

X·d=X·m-X·T-T4r·l---(6)]]>

其中：X_d＝[x_d y_d z_d]^T，T₄＝[-cosε_ycosε_z -sinε_y cosε_ysinε_z]^T，领弹与目标之间的距离的变化率；

步骤102、建立描述从弹运动的质心动力学方程、姿态运动学方程以及姿态动力学方程，结合以上推导的从弹与虚拟点的相对运动模型，得到对从弹攻击角度和攻击时间进行控制的非线性控制模型，基于反馈线性化理论对所述非线性控制模型进行精确线性化，获取线性控制模型；

步骤103、将线性化后的控制模型看作一个终端时间无限的状态调节器，采用线性二次型性能指标，基于最优控制理论设计从弹控制器，使控制器输出为零，利用该设计的从弹控制器实现对虚拟点的跟踪和逼近，从而实现对从弹攻击角度和攻击时间的控制。

3.根据权利要求1所述控制多枚导弹攻击角度和攻击时间的方法，其特征在于：所述步骤三的具体过程为：

步骤201、在地面坐标系中，建立目标的运动模型、从弹的运动模型及虚拟点位置模型，根据所建立的模型在地面坐标系中建立从弹与虚拟点之间的相对运动模型；该步骤的具体过程为：

步骤i、在地面坐标系中建立目标的运动模型：

x·T=VTcosθTcosψVTy·T=VTsinθTz·T=-VTcosθTsinψVT---(1)]]>

其中X_T＝[x_T，y_T，z_T]表示目标的位置，V_T为目标的速度，θ_T和ψ_VT为目标速度矢量与地面坐标系坐标轴的夹角；

步骤ii、在地面坐标系中建立虚拟点位置模型为：

xv=xT-{[rf+n(rl-rf)N]cos[ϵyf+n(ϵy-ϵyf)N]cos[ϵzf+n(ϵz-ϵzf)N]}yv=yT-{[rf+n(rl-rf)N]sin[ϵyf+n(ϵy-ϵyf)N]}zv=zT+{[rf+n(rl-rf)N]cos[ϵyf+n(ϵy-ϵyf)N]sin[ϵzf+n(ϵz-ϵzf)N]}---(7)]]>

其中：X_v＝[x_v，y_v，z_v]为虚拟点的坐标，r_f为从弹与目标之间的距离，ε_y、ε_z分别为从弹在俯仰方向和偏航方向设定的理想攻击角，ε_yf、ε_zf分别为从弹在俯仰方向和偏航方向的实际视线角，N为整数且其取值方法为：

N=ktgoh,0<k≤1---(8)]]>

其中：t_go为预估的领弹飞行时间，h为设定的时间步长；n为取遍[1，2，…，N]的整数，当领弹飞过一个时间步长时，n取1，当领弹飞过两个时间步长时，n取2，并依次类推，直至领弹飞过N个时间步长，n取N为止。

步骤iii、在地面坐标系中建立从弹的运动模型为：

x·m=VcosθcosψVy·m=Vsinθz·m=-VcosθsinψV---(3)]]>

其中：X_m＝[x_m，y_m，z_m]表示从弹的位置，V为从弹的速度，θ和ψ_V为从弹的弹道倾角和弹道偏角；

步骤iv、根据步骤i-iii所建立的模型，在地面坐标系中建立从弹与虚拟点之间的相对运动模型；

从弹和虚拟点之间的相对位置为：

xd=xm-xvyd=ym-yvzd=zm-zv---(4)]]>

对式(4)求导可得到从弹与虚拟点的相对速度差：

x·d=x·m-x·vy·d=y·m-y·vz·d=z·m-z·v---(5)]]>

将式(5)写为向量形式为：

X·d=X·m-X·T-T4r·l---(6)]]>

其中：X_d＝[x_d y_d z_d]^T，T₄＝[-cosε_ycosε_z -sinε_y cosε_ysinε_z]^T，领弹与目标之间的距离的变化率；

步骤202、建立描述从弹运动的质心动力学方程、姿态运动学方程以及姿态动力学方程，结合以上推导的从弹与虚拟点的相对运动模型，得到对从弹攻击角度和攻击时间进行控制的非线性控制模型，基于反馈线性化理论对所述非线性控制模型进行精确线性化，获取线性控制模型；

步骤203、将线性化后的控制模型看作一个终端时间无限的状态调节器，采用线性二次型性能指标，基于最优控制理论设计从弹控制器，使控制器输出为零，利用该设计的从弹控制器实现对虚拟点的跟踪和逼近，从而实现对从弹攻击角度和攻击时间的控制。