一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法技术

在导引任务中，面对高复杂度的防御系统会导致更大的脱靶量、不精确的目标估计和更低的命中概率。为了提高命中率，本发明专利技术提出了多对一的攻击角约束下三维(3‑D)分布式协同导引律，在具有攻击角约束的情况下可同时攻击静止目标。为了实现同时攻击，通过沿着视线角的方向调节速度来同步剩余时间的估计值，这对于增强攻击过程中的鲁棒性是很有效的方法。所提出的导引律在攻击过程中可以最大化目标的信息量，比传统目标估计的方法更精确、更简单，还可以减少计算负荷，这是本发明专利技术的亮点。最后，通过仿真和实验结果验证了所提出制导方案的有效性。

A three-dimensional distributed cooperative guidance method for simultaneously attacking targets under attack angle constraints

【技术实现步骤摘要】
一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法
本专利技术属于水下航行器控制领域，具体涉及水下自主航行器协同导引的控制方法，具体为一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法。
技术介绍
地球表面近71％的地区被海洋覆盖。对人类而言，海洋与人类生活息息相关，紧密相连。随着世界经济和科技的发展，人类对资源的需求与日俱增，陆地资源日趋匮乏，海洋资源和能源开发利用愈来愈受到人们的重视。由此可见，进一步探索、开发海洋对于我国的长期可持续发展，具有越来越重要的战略意义。伴随着AUV等水下航行器的发展，舰艇的防御系统也在不断地发展和升级。现今的大多数军舰都装备有各自防御系统，使AUV的突防能力和打击效果大打折扣。所以，AUV要想突破防御系统的层层防御变得越来越困难，这使得饱和攻击战术收到重视。具有攻击角度约束的协同齐射攻击(多对一)是提高攻击概率的有效策略。从不同位置，利用不同平台，发射多个AUV，从不同角度同时突防，形成“多对一”的打击态势，使敌方舰艇的防御系统在短时间内处于无法应付的饱和状态，从而提高突防成功的概率。当多个AUV对目标实施饱和攻击时，从不同角度接近目标，也是避免水下航行器之间相互碰撞的一种有效手段。另外，在实际工程中，协同导引方法还存在以下两个问题：1、由于目标估计不够准确，会存在一定误差；2、多个AUV没有同时攻击目标，对其命中概率产生影响。
技术实现思路
本专利技术针对目标估计不准确且没有同时攻击目标等问题，提出了一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法，并通过仿真，验证了本专利技术所提导引律的有效性。本专利技术的技术方案为：所述一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立目标和第i个AUV的模型：其中，ri是目标和第i个AUV之间的相对距离，qe,i和qa,i分别是第i个AUV的俯仰角和方位角，[aAri,aAei,aAai]T是在第i个视线角坐标系中的第i个AUV的加速度向量；步骤2：对步骤1所述的模型设计法向、切向和垂向导引律，并按导引律引导共计N个AUV：其中，kri和kti是正常数，kriξi用于收敛剩余时间的估计误差，kti用于调节攻击时间，为第i个AUV的剩余时间估计，用于确保在终端时刻所有的剩余时间估计值收敛到零，sign(·)为符号函数；λi＞0且为常数，kei是正常数，用于影响到达滑模面的速率，si为滑模面，取为期望的俯仰角，ρei是常数；为一致性误差向量，μ＝[μ1,μ2]，μ1和μ2是正常数，影响的收敛速度，ρai为常数。有益效果相对现有技术，本专利技术具有如下优点及效果：本专利技术所述的导引方法利用带有攻击角度约束的多个AUV去同时攻击静止目标。在攻击目标的过程中，基于协同导引的角度约束可最大化目标的信息量能够提供更精确的目标估计，从不同方向攻击可以减少计算负荷；同步了所有AUV的攻击时间，在终端时刻确保剩余时间估计值收敛到零，提高了系统的鲁棒性。本专利技术适用于多对一攻击静止目标的导引过程，具有控制精度高，结构简单，易于调节，鲁棒性强，易于工程实现等优点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是带有角度约束的协同导引控制系统。图2是3D平面协同导引轨迹。图3是2D水平面协同导引轨迹。图4是剩余时间估计值变化曲线。图5是垂直方向攻击角度误差变化曲线。图6是水平方向攻击角度误差变化曲线。图7是法向加速度变化曲线。图8是切向加速度变化曲线。图9是垂向加速度变化曲线。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本实例通过用四个AUV从四个预定的方向同时攻击静止目标来验证所提出的三维分布式导引律的有效性。AUV的加速度在惯性坐标系视为未知外界扰动部分。下面表1给出导引参数和初始条件：表1初始条件给出导引律中涉及的参数：r1＝300，r2＝400，r3＝500，r4＝600，kr1＝kr2＝kr3＝kr4＝0.3，kt1＝kt2＝kt3＝kt4＝1.2，λ1＝λ2＝λ3＝λ4＝1，ke1＝ke2＝ke3＝ke4＝0.1，μ＝0.08，qa1＝-150*pi/180，qa2＝-10*pi/180，qa3＝80*pi/180，qa4＝150*pi/180，qe1＝-40*pi/180，qe2＝-30*pi/180，qe3＝-15*pi/180，qe4＝-10*pi/180，ρei(0)＝ρai(0)＝0，i＝1,…,4。首先，建立目标和第i个AUV的模型：其中，ri是目标和第i个AUV之间的相对距离，qe,i和qa,i分别是第i个AUV的俯仰角和方位角，[aAri,aAei,aAai]T是在第i个视线角坐标系中的第i个AUV的加速度向量；其次，针对所述的模型设计法向、切向和垂向导引律：其中，kri和kti是正常数，kriξi用来收敛剩余时间的估计误差，kt1＝kti＝…ktN可以调节攻击时间，为第i个AUV的剩余时间估计，可以保证在终端时刻所有的剩余时间估计值收敛到零，sign(·)为符号函数；λi＞0是常数，kei是正常数，可以影响到达滑模面的速率，si为滑模面，取是一致最终有界的，为期望的俯仰角，ρei是常数；为一致性误差向量，可以取μ＝[μ1,μ2]，μ1和μ2是正常数，影响的收敛速度，ρai为常数。对于上述导引律，下面采用李雅普诺夫稳定性原理证明所设计导引律的有效性。证明aAri导引律的有效性如下。选取李雅普诺夫候选函数：其中，对候选函数V1求关于时间的导数，则有：其中，拉普拉斯矩阵l＝lT，kr＝diag(kr1,…,krN)，kt＝diag(kt1,…,ktN)。由于得出V1的导数还可写为：由于ξTξ＝λξV11，λξ是正常数，kti＞ktsi＞0，得出：其中，λkr＝diag(λkr1,…,λkrN)。可得出：由于λmin(kr)＞0，λmin(kts)＞0，可得出：因为V12对时间的导数为：由于λmin(kts)＞0，可得在有限时间内能够收敛到零。则有：证明结束。证明aAei导引律的有效性如下。将导引律代入滑模面对时间的导数中：选取李雅普诺夫候选函数：V2关于时间的导数为：由于事实：-ρei|si|≤0，kei＞0，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：建立目标和第i个AUV的模型：/n

【技术特征摘要】
1.一种攻击角约束下同时攻击目标的三维分布式协同导引方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：建立目标和第i个AUV的模型：









其中，ri是目标和第i个AUV之间的相对距离，qe,i和qa,i分别是第i个AUV的俯仰角和方位角，[aAri,aAei,aAai]T是在第i个视线角坐标系中的第i个AUV的加速度向量；
步骤2：对步骤1所述的模型设计法向、切向和垂向导引律，并按导引律引导共计N...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔荣鑫，严卫生，李桃苹，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61