[发明专利]一种无人机空中对抗机动控制器及其设计方法

说明书

本申请提供了一种无人机空中对抗机动控制器设计方法，所述方法包括：根据无人机空中对抗战术语义，将无人机空中对抗分解为中远距空中对抗和近距空中对抗；在中远距空中对抗中，基于战术语义，将机动空间分解为水平机动和垂直机动，其中，所述水平机动用于控制本机与目标的相对航向和机动过程中使用的过载，所述垂直机动用于控制无人机相对于地面坐标系的爬升角；在近距空中对抗中，基于战术语义，将机动空间分解为对称平面内机动和垂直对称平面机动，所述对称平面内机动通过改变过载来控制目标在本机对称平面内的投影与本机机头指向所构成的角度，所述垂直对称平面机动通过滚转来控制目标与本机对称平面所构成的角度。

技术领域

本申请属于无人机控制技术领域，特别涉及一种无人机空中对抗机动动作控制器及其设计方法。

背景技术

随着无人化、智能化技术的发展，无人空中对抗正在成为各国研究的热点，想要实现无人控制下的飞行器自主空中对抗，必须设计相应的机动控制器来控制飞机按照相应的战术动作进行飞行，以达到与敌机博弈的战术目的。

无人机自主空中对抗算法通常由顶层感知决策算法和底层机动控制算法组成，顶层感知决策算法负责分析处理当前的空中对抗态势，并根据当前态势做出战术决策，底层机动控制器则作为下一层级的执行机构，根据顶层决策感知做出的决策飞出相应的机动动作。机动控制器是连接顶层决策和底层控制设备的接口，顶层感知决策算法只能在机动控制器提供的动作空间内进行决策选择。因此机动控制器的设计对无人机自主空中对抗算法的整体能力会产生至关重要的影响。

空中对抗机动控制器提供的动作空间不能过于复杂，太过复杂会给顶层感知决策算法的设计与训练带来很大难度；同时其提供的动作空间也不能过于简单，过于简单的机动形式会导致飞行器不灵活。因此，机动控制器需要在复杂性和灵活性上做出权衡，既给顶层感知决策算法提供足够灵活的决策动作空间，又不能降低顶层感知决策算法到设计或训练难度。

传统的无人机空中对抗机动控制器通常采用专家机动动作库的模式进行设计，即将机动动作空间分解为离散的“拦射”、“偏置”、“半滚倒转”、“高速摇摇”、“低速摇摇”等机动动作，再通过每个机动动作的参数来确定机动的具体形式。但这种将机动动作库进行离散化的方式，灵活性差，不能组合出类似人类飞行员灵活的飞行轨迹，也就很难达到影人满意的战术效果。

发明内容

本申请的目的是提供了一种无人机空中对抗机动控制器及其设计方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

一方面，本申请的技术方案是：一种无人机空中对抗机动控制器设计方法，其特征在于，所述方法包括：

根据无人机空中对抗战术语义，将无人机空中对抗分解为中远距空中对抗和近距空中对抗；

在中远距空中对抗中，基于战术语义，将机动空间分解为水平机动和垂直机动，其中，所述水平机动用于控制本机与目标的相对航向和机动过程中使用的过载，所述垂直机动用于控制无人机相对于地面坐标系的爬升角；

在近距空中对抗中，基于战术语义，将机动空间分解为对称平面内机动和垂直对称平面机动，所述对称平面内机动通过改变过载来控制目标在本机对称平面内的投影与本机机头指向所构成的角度，所述垂直对称平面机动通过滚转来控制目标与本机对称平面所构成的角度。

进一步的，在中远距空中对抗中，所述相对航向表征无人机在当前态势下是选择进攻还是防守。

进一步的，在中远距空中对抗中，除了需要确定机动的目标方向外，还需要确定机动烈度，所述机动烈度体现无人机对当前空中对抗态势紧急程度的认知，通过机动过程的过载指令体现机动烈度战术语义。

进一步的，所述垂直机动体现敌我双方在能量域上的博弈，爬升将减少飞机动能，俯冲将增加飞机动能，同时俯冲也能更快降低敌方导弹的能量。

进一步的，在中远距空中对抗中，执行水平机动和垂直机动战术语义时，无人机同时对航向、过载、爬升角和速度进行控制。