一种基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法技术

基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法，属于飞行器反拦截技术领域，解决了现有飞行器对拦截飞行器状态估计方法存在准确性差的问题。本发明专利技术建立evader和pursuer的相对运动模型；基于所述的相对运动模型，建立pursuer在PN制导律约束下的运动方程；利用pursuer在PN制导律约束下的运动方程，设计evader上的滤波器；所述滤波器基于CLAMS算法实现；利用所述滤波器对pursuer的运动状态进行估计。本发明专利技术适用于对拦截飞行器进行状态估计。

A state estimation method of Interceptor Based on variable structure multi model

【技术实现步骤摘要】
一种基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法
本专利技术属于飞行器反拦截
，具体涉及一种拦截飞行器的状态估计方法。
技术介绍
飞行器(evader)在飞行过程中会遭遇拦截飞行器(pursuer)的拦截，由于pursuer的运动受到制导律限制，其运动规律是有迹可循的。evader能利用这个信息，可以提高估计的精度。制导律估计方法可以应用在主动防御场景中，帮助反拦截飞行器(defender)提高制导性能；也可以应用到逃逸问题中，提高evader的存活率。一般情况下evader不知道pursuer的PN制导律导航常数。因此制导律估计问题不但需要估计pursuer的运动状态还需要估计pursuer的PN制导律导航常数。在一些实际场景中，pursuer倾向于采用多阶段制导，每个阶段根据需要使用不同的导航常数，这使得pursuer的运动模式更为复杂。evader可以使用多模型滤波方法来估计pursuer的运动状态和PN制导律导航常数。以MMAE和IMM为代表的这两类多模型算法都假设在任何时刻实际模式都和模型集中某个模型匹配。而在实际场景中，往往很难保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法，其特征在于，该方法具体为：/n步骤一、建立evader和pursuer的相对运动模型；/n步骤二、基于步骤一所述的相对运动模型，建立pursuer在PN制导律约束下的运动方程；/n步骤三、利用pursuer在PN制导律约束下的运动方程，设计evader上的滤波器；所述滤波器基于CLAMS算法实现；/n步骤四、利用步骤三所述滤波器对pursuer的运动状态进行估计。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法，其特征在于，该方法具体为：
步骤一、建立evader和pursuer的相对运动模型；
步骤二、基于步骤一所述的相对运动模型，建立pursuer在PN制导律约束下的运动方程；
步骤三、利用pursuer在PN制导律约束下的运动方程，设计evader上的滤波器；所述滤波器基于CLAMS算法实现；
步骤四、利用步骤三所述滤波器对pursuer的运动状态进行估计。


2.根据权利要求1所述一种基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法，其特征在于，步骤一所述的建立的evader和pursuer的相对运动模型的具体方法为：
建立场景惯性坐标系，所述场景惯性坐标系为evader的惯性坐标系，所述evader的惯性坐标系为evader的初始时刻的视线坐标系OXY；
建立pursuer的惯性坐标系，pursuer的惯性坐标系的原点和y轴与场景关系坐标系原点和y轴重合，pursuer的惯性坐标系的x轴正方向与场景关系坐标系x轴正方向相反，pursuer的惯性坐标系的z轴方向按照右手法则确定；
在场景惯性坐标系内evader和pursuer的相对运动模型状态向量为：
x＝[rx,ry,rz,vx,vy,vz,apx,apy,apz]T(1)
其中，rx为evader相对于pursuer的位置向量在场景惯性坐标系下x轴的分量，ry为evader相对于pursuer的位置向量在场景惯性坐标系下y轴的分量，rz为evader相对于pursuer的位置向量在场景惯性坐标系下z轴的分量，vx为evader相对于pursuer的速度向量在场景惯性坐标系下x轴的分量，vy为evader相对于pursuer的速度向量在场景惯性坐标系下y轴的分量，vz为evader相对于pursuer的速度向量在场景惯性坐标系下z轴的分量，apx为pursuer的加速度向量在场景惯性坐标系下x轴的分量，apy为pursuer的加速度向量在场景惯性坐标系下y轴的分量，apz为pursuer的加速度向量在场景惯性坐标系下z轴的分量；其中，
rx＝xp-xery＝yp-yerz＝zp-ze(2)
vx＝vpx-vexvy＝vpy-veyvz＝vpz-vez(3)
其中，[xp,yp,zp]T为pursuer在在场景惯性系下的位置坐标向量；[xe,ye,ze]T为evader在场景惯性系下的位置坐标向量；[vpx,vpy,vpz]T为pursuer在场景惯性系下的速度向量，[vex,vey,vez]T为evader在场景惯性系下的速度向量。


3.根据权利要求1所述一种基于变结构多模型的拦截飞行器状态估计方法，其特征在于，步骤二中建立pursuer在PN制导律约束下的运动方程的具体过程为：
建立evader和pursuer的一般相对运动方程：



其中，为rx的一阶导数，为ry的一阶导数，为rz的一阶导数，为vx的一阶导数，为vy的一阶导数，为vz的一阶导数，为apx的一阶导数，为apy的一阶导数，为apz的一阶导数，aex为evader在场景惯性坐标系下的加速度向量的x轴分量；aey为evader在场景惯性坐标系下的加速度向量的y轴分量；aez为evader在场景惯性坐标系下的加速度向量的z轴分量；apcx为pursuer在场景惯性坐标系下的制导指令向量的x轴分量，apcy为pursuer在场景惯性坐标系下的制导指令向量的y轴分量，apcz为pursuer在场景惯性坐标系下的制导指令向量的z轴分量，τ为时间常数，取值为0.1；wx为零均值高斯白噪声向量的x轴分量，wy为零均值高斯白噪声向量的y轴分量，wz为零均值高斯白噪声向量的z轴分量；
在末制导阶段，pursuer的推力发动机关闭，在沿pursuer视线方向的加速度等于零，在使用PN制导律情况下，pursuer的制导指令在pursuer视线坐标系下表示为：



其中，Nε和Nβ分别为俯仰平面和偏航平面对应的导航常数，变量和分别为pursuer的视线倾角速度和偏角速度，为pursuer相对于evader的接近速度；所述为evader相对于pursuer的接近速度；
[apcx,apcy,apcz]T根据坐标转换关系表示为：
[apcxapcyapcz]T＝CISCLIapc(6)
其中，[apcxapcyapcz]T为pursuer在场景惯性坐标系下的制导指令向量，CLI为从pursuer视线坐标系到pursuer惯性坐标系的转换矩阵的表达式：



其中，qpe,ε为pursuer的视线倾角，qpe,β为pursuer的视线偏角，根据pursuer惯性坐标系和场景惯性坐标系的关系，得CIS＝diag([-1,1,-1])；pursuer和evader的视线角及视线角速度存在的关系为：



其中，变量和分别为evader的视线倾角速度和偏角速度；
同时存在：






其中，rep为evader与pursuer之间的距离，分别对式(9)和式(10)求时间导数得：






另外：



其中，从式(6)和(13)获得：



其中：中间变量和η为：



将式(14)带入式(4)，获得pursuer在PN制导律约束下的运动方程：



























evader获得pursuer的相对位置测量值，并且获得对应的测量矩阵：
He＝[I30](17...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹昕光，周荻，杜润乐，刘佳琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23