[发明专利]飞行速度不可控条件下高速飞行器协同制导方法及系统

说明书

本发明公开了一种飞行速度不可控条件下高速飞行器协同制导方法及系统。该方法包括：构建飞行器的速度动力学方程；设计三维制导场景下变增益比例导引律；基于所述变增益比例导引律以及所述速度动力学方程，确定制导状态相对于剩余飞行轨迹长度的动力学方程；基于所述制导状态相对于剩余飞行轨迹长度的动力学方程，采用改进欧拉法预测和校正剩余飞行时间；基于所述剩余飞行时间确定协同制导指令；基于所述协同制导指令对多个飞行器进行控制。本发明能够在飞行速度不可控条件下实现多枚高速飞行器对三维空间指定位置的精确同时到达。

技术领域

本发明涉及多飞行器协同制导技术领域，特别是涉及一种飞行速度不可控条件下高速飞行器协同制导方法及系统。

背景技术

协同制导是指能够实现多飞行器同时到达指定位置的方法。在军事领域，协同制导能够通过饱和敌方防御系统提高武器系统的存活概率和毁伤效能；在民用领域，协同制导可以用来实现多无人机在指定区域的同时集结。因此，多飞行器协同制导在军事和民用领域都具备广阔的应用前景，近年来得到了越来越广泛的关注和研究。

多飞行器协同制导的重点是如何基于通信网络实现到达时间的一致性，为此已有的协同制导方法多采用下述两种途径：一是假设飞行速度可以自主按需调节，此时协同制导问题可以简化为一个全驱系统的反馈控制问题；二是假设飞行速度在制导全程保持不变，此时只需要对到达时间进行预测和校正便能实现同时到达。

然而，对于实际中很多飞行器而言，其飞行速度通常无法自主按需调节，且其大小受气动力影响往往会有较大幅度的变化，因此研究速度不可控条件下的多飞行器协同制导问题具有重要的现实意义。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种飞行速度不可控条件下高速飞行器协同制导方法及系统，用以在飞行速度不可控条件下实现多枚高速飞行器对三维空间指定位置的精确同时到达。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种飞行速度不可控条件下高速飞行器协同制导方法，包括：

构建飞行器的速度动力学方程；

设计三维制导场景下变增益比例导引律；

基于所述变增益比例导引律以及所述速度动力学方程，确定制导状态相对于剩余飞行轨迹长度的动力学方程；

基于所述制导状态相对于剩余飞行轨迹长度的动力学方程，采用改进欧拉法预测和校正剩余飞行时间；

基于所述剩余飞行时间确定协同制导指令；

基于所述协同制导指令对多个飞行器进行控制。

可选地，所述速度动力学方程的表达式如下：

其中，为第i个飞行器的速度V_i的导数，S_i为第i个飞行器的气动参考面积，C_D0,i为第i个飞行器的零升阻力系数，q_i为第i个飞行器的动压，m_i为第i个飞行器的质量，K_D,i为第i个飞行器在气动阻力D时的升致阻力系数，a_i为第i个飞行器的加速度矢量，g_i为第i个飞行器的当地重力加速度，g_i＝[0,0,-g_i]^T为对应的当地重力加速度矢量，θ_i为第i个飞行器的速度高低角。

可选地，所述三维制导场景下变增益比例导引律的表达式如下：

其中，为变增益比例导引指令，为与第i个飞行器的视场角σ_i相关的函数，Ω_i为第i个飞行器的视线旋转速度矢量，V_i为第i个飞行器的速度矢量。