有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法，包括：针对未知目标，建立三维空间内的、具有攻击角约束的多导弹协同制导模型；利用自适应控制、积分滑模控制及有限时间一致性协议建立视线方向的加速度制导律，使所有导弹可同时击中目标；通过自适应控制与非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度制导律，使每枚导弹的视线角速率及视线角实现有限时间收敛。本发明专利技术能够在不了解目标任何机动信息的情况下，使所有导弹以期望角度同时击中目标。同时避免抖振的发生。

【技术实现步骤摘要】
有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法与系统
本专利技术涉及制导
，尤其涉及一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法与系统。
技术介绍
多导弹协同作战是通过多枚导弹相互配合、协作、共同执行作战任务来实现的。随着反导技术的快速发展，综合一体化的现代防御体系已逐步形成，单枚导弹突防愈发困难，而多枚导弹通过信息共享与功能互补，不仅极大地提高了导弹的杀伤力和突防能力，而且能够完成单枚导弹无法完成的任务，因此研究多导弹协同制导律具有非常重要的实际意义。现有的协同制导方法针对的都是静止或低速的目标，而且需要人为地事先指定攻击时间。另外，在制导过程中各导弹之间没有动态的信息交互，不能实现真正意义上的导弹协同。同时，由于在多导弹协同拦截过程中暗含着可能发生的碰撞，研究人员提出一种基于符号函数或滑模控制理论的有限时间一致性协议。但是，上述协议是不连续的，在实际应用中会产生抖振现象，严重影响制导性能。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法与系统，能够在不了解目标任何机动信息的情况下，使所有导弹以期望角度同时击中目标。同时，本专利技术采用连续的有限时间一致性协议进行控制律设计，消除了抖振的发生。根据本专利技术的一个方面，提供了一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法，包括步骤：S1.针对未知目标，建立三维空间内的、具有攻击角约束的多导弹协同制导模型；S2.利用自适应控制、积分滑模控制、及有限时间一致性协议建立视线方向的加速度制导律，使所有导弹可同时击中目标；S3.通过自适应控制与非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度制导律，使每枚导弹的视线角速率及视线角实现有限时间收敛。优选地，所述视线方向的加速度制导律、及所述视线法向的加速度制导律均是连续的。优选地，所述方法还包括：将每枚导弹的剩余时间信息在导弹间进行交互。优选地，所述多导弹协同制导模型具体为：其中，x1＝r,x3＝[qε-qεd,qβ-qβd]T,qε为视线倾角，qβ为视线偏角，aMr为导弹加速度在视线坐标系x轴的分量，aTr为目标加速度在视线坐标系x轴的分量，r为导弹与目标的相对距离，qεd为期望的视线倾角，qβd为期望的视线偏角，aMε为导弹加速度在视线坐标系y轴的分量，aMβ为导弹加速度在视线坐标系z轴的分量，aTε为目标加速度在视线坐标系y轴的分量，aTβ为目标加速度在视线坐标系y轴的分量。优选地，在建立多导弹协同制导模型之后，设计制导律之前，所述方法还包括：将导弹的剩余时间信息引入多导弹协同制导模型，获得如下式表示的制导模型；其中，i表示第i枚导弹，tgoi为第i枚导弹的剩余时间，优选地，所述视线方向的加速度制导律由下式表示：l2＝2l1a+b+4a2式20其中，为标准一致性协议，l1、l2、l3为自适应增益，l3>0，tfi为导弹拦截目标的预测时刻，tfi(0)为tfi的初始值，w1,γ1,a,b>0，w2,γ2,l1*,l2*>0。优选地，所述视线法向的加速度制导律由下式表示：其中，α＝diag(α1,α2)，β＝diag(β1,β2)，α1、α2、β1、β2>0，1<λ2<2，λ1>λ2，k1＝diag(k11,k12)，k2＝diag(k21,k22)，k11,k12,k21,k22>0，0<μ<1，s为选取的非奇异快速终端滑模面，ε>0，为k的估计值，Δqi为未知正数，k3>0，k4＝(k41,k42)，k41,k42>0。优选地，在建立所述视线方向的加速度制导律、及所述视线法向的加速度制导律之后，所述方法还包括：利用李雅普诺夫理论证明系统的有限时间稳定性。根据本专利技术的另一方面，提供一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导系统，包括：模型建立单元，用于针对未知目标，建立三维空间内的、具有攻击角约束的多导弹协同制导模型；第一制导律建立单元，用于利用自适应控制、积分滑模控制、及有限时间一致性协议建立视线方向的加速度制导律，使所有导弹可同时击中目标；第二制导律建立单元，用于通过自适应控制与非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度制导律，使每枚导弹的视线角速率及视线角实现有限时间收敛。优选地，所述视线方向的加速度制导律、及所述视线法向的加速度制导律均是连续的。在本专利技术的技术方案中，针对三维空间中多导弹协同拦截一个机动目标的问题，提出了一种具有攻击角约束的有限时间协同制导律，该协同制导律是连续的，并且不需要知道目标机动的任何信息。具体地：首先，基于三维空间内的导弹-目标相对运动方程，建立带有攻击角约束的多导弹协同制导模型。其次，将协同制导律的设计过程分离为两个部分：一是基于自适应super-twisting算法和积分滑模控制，提出一种新的有限时间一致性协议用于设计视线方向的加速度指令，保证所有导弹同时达到目标；二是利用自适应控制和非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度指令，保证每枚导弹与目标之间的视线角速率和视线角在有限时间收敛。附图说明图1是本专利技术的有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法示意图；图2是本专利技术的有限时间收敛的三维多导弹协同制导系统示意图；图3是本专利技术实施例的三维空间导弹与目标运动关系示意图；图4是本专利技术实施例的导弹通信拓扑示意图；图5是本专利技术实施例的导弹与目标相对距离仿真结果示意图；图6是本专利技术实施例的导弹剩余时间仿真结果示意图；图7是本专利技术实施例的视线方向加速度指令仿真结果示意图；图8是本专利技术实施例的视线法向加速度指令仿真结果示意图；图9是本专利技术实施例的视线倾角角速率仿真结果示意图；图10是本专利技术实施例的视线偏角角速率仿真结果示意图；图11是本专利技术实施例的视线倾角仿真结果示意图；图12是本专利技术实施例的视线偏角仿真结果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本专利技术进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本专利技术的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本专利技术的这些方面。本专利技术的专利技术人考虑到，现有的协同制导方法针对的都是静止或低速的目标，而且需要人为地事先指定攻击时间。另外，在制导过程中各导弹之间没有动态的信息交互，不能实现真正意义上的导弹协同。并且由于采用不连续的控制律，易于产生抖振现象，严重影响制导性能。基于上述考虑，本专利技术的专利技术人首先建立带有攻击角约束的多导弹协同制导模型。其次，设计了针对弹着时间与终端角度进行约束的制导律：基于自适应super-twisting算法和积分滑模控制，提出一种新的有限时间一致性协议用于设计视线方向的加速度指令，保证所有导弹同时达到目标；利用自适应控制和非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度指令，保证每枚导弹与目标之间的视线角速率和视线角在有限时间收敛。下面结合附图详细说明本专利技术的技术方案。实施例一图1示出了本专利技术的有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法，如图1所示，制导方法具体如下执行：步骤S1，针对未知目标，建立三维空间内的、具有攻击角约束的多导弹协同制导模型。实际应用中，多导弹协同制导模型如下式表示：其中的参数含义将在后文详细介绍。较佳地，在设计制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法，其特征在于，包括步骤：S1.针对未知目标，建立三维空间内的、具有攻击角约束的多导弹协同制导模型；S2.利用自适应控制、积分滑模控制、及有限时间一致性协议建立视线方向的加速度制导律，使所有导弹可同时击中目标；S3.通过自适应控制与非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度制导律，使每枚导弹的视线角速率及视线角实现有限时间收敛。

【技术特征摘要】
1.一种有限时间收敛的三维多导弹协同制导方法，其特征在于，包括步骤：S1.针对未知目标，建立三维空间内的、具有攻击角约束的多导弹协同制导模型；S2.利用自适应控制、积分滑模控制、及有限时间一致性协议建立视线方向的加速度制导律，使所有导弹可同时击中目标；S3.通过自适应控制与非奇异快速终端滑模控制，设计视线法向的加速度制导律，使每枚导弹的视线角速率及视线角实现有限时间收敛。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视线方向的加速度制导律、及所述视线法向的加速度制导律均是连续的。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：将每枚导弹的剩余时间信息在导弹间进行交互。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多导弹协同制导模型具体为：其中，x1=r，x3＝[qε-qεd,qβ-qβd]T,qε为视线倾角，qβ为视线偏角，aMr为导弹加速度在视线坐标系x轴的分量，aTr为目标加速度在视线坐标系x轴的分量，r为导弹与目标的相对距离，qεd为期望的视线倾角，qβd为期望的视线偏角，aMε为导弹加速度在视线坐标系y轴的分量，aMβ为导弹加速度在视线坐标系z轴的分量，aTε为目标加速度在视线坐标系y轴的分量，aTβ为目标加速度在视线坐标系y轴的分量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在建立多导弹协同制导模型之后，设计制导律之前，所述方法还包括：将导弹的剩余时间信息引入多导弹协同制导模型，获得如下式表示的制导模型；其中，i表示第i枚导弹，tgoi为第i枚导弹的剩余时间，6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述视线方向的加速度制导律由下式表示：

【专利技术属性】
技术研发人员：宋申民，宋俊红，王岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23