一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，包括获取单飞行器三自由度动力学模型，建立多飞行器三自由度动力学模型；获取单飞行器针对雷达的RCS数据，根据单飞行器与雷达的距离以及RCS数据，计算每个单飞行器的雷达探测威胁值；根据单飞行器的雷达探测威胁值，得到多飞行器的雷达探测威胁值；获取约束条件，根据多飞行器三自由度动力学模型、多飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对多飞行协同突防轨迹进行优化。本发明专利技术提供的方法不仅考虑了飞行器与雷达之间的距离因素的影响，且兼顾飞行器RCS与姿态的关系；同时，该方法无需对方程进行小角度假设和线性化处理，对于长距离、广空域、宽速域条件下的多飞行器协同轨迹误差小。

An optimal design method of multi Aircraft Cooperative penetration trajectory

【技术实现步骤摘要】
一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法
本专利技术涉及航空、航天飞行器
，尤其是一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法。
技术介绍
现代防御体系的不断加强使得传统单飞行器突防困难越来越大。飞行器突防过程中，雷达是主要的威胁。因此，隐身性能发挥着重要作用。提高隐身技术一方面可以通过一定的技术手段来减少自身特征信号；另一方面，在无法直接改变目标特征信号情况下，可以通过轨迹规划，降低雷达探测概率。同时，由于多飞行器协同作战能够有效提高飞行器智能化水平和编队整体作战效能，因此多飞行器协同作战逐步成为军事领域研究热点。在飞行器隐身轨迹规划方面，相关学者做了研究，但仅考虑了飞行器与雷达之间的距离因素的影响，且认为飞行器的雷达散射截面积(radarcrosssection,RCS)与姿态无关。但实际战场环境下，飞行器相对雷达入射波的角度是不断变化的，因此，飞行器RCS值是动态变化的。在协同突防轨迹研究方面，目前更为侧重研究的是末段协同制导律设计，主要的研究成果包括时间协同制导律、角度协同制导律、同时满足攻击时间/攻击角度协同制导律，但末段协同制导律大多是基于小角度假设、方程线性化条件下进行设计。末段协同制导律设计不足之处是对于长距离、广空域、宽速域条件下的飞行轨迹容易产生较大误差。
技术实现思路
本专利技术提供一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，用于克服现有技术中对于长距离、广空域、宽速域条件下的飞行轨迹容易产生较大误差的不足。为实现上述目的，本专利技术提出一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，包括：获取单飞行器三自由度动力学模型，根据所述单飞行器三自由度动力学模型，建立多飞行器三自由度动力学模型；获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积(radarcrosssection,RCS)数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值；根据单飞行器的雷达探测威胁值，得到多飞行器的雷达探测威胁值；获取约束条件，根据多飞行器三自由度动力学模型、多飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对多飞行协同突防轨迹进行优化。为实现上述目的，本专利技术还提出一种多飞行器协同突防轨迹优化设计装置，包括：运动模型构建模块，用于获取单飞行器三自由度动力学模型，根据所述单飞行器三自由度动力学模型，建立多飞行器三自由度动力学模型；威胁值计算模块，用于获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值；根据单飞行器的雷达探测威胁值，得到多飞行器的雷达探测威胁值；优化模块，用于获取约束条件，根据多飞行器三自由度动力学模型、多飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对多飞行协同突防轨迹进行优化。为实现上述目的，本专利技术还提出一种单飞行器突防轨迹优化设计方法，包括：获取单飞行器三自由度动力学模型；获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值；获取约束条件，根据单飞行器三自由度动力学模型、单飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对单飞行突防轨迹进行优化。为实现上述目的，本专利技术还提出一种单飞行器突防轨迹优化设计装置，包括：运动模型构建模块，用于获取单飞行器三自由度动力学模型；威胁值计算模块，用于获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值；优化模块，用于获取约束条件，根据单飞行器三自由度动力学模型、单飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对单飞行突防轨迹进行优化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：本专利技术提供的多飞行器协同突防轨迹优化设计方法不仅考虑了飞行器与雷达之间的距离因素的影响，且同时兼顾了飞行器RCS与姿态的关系，同时，该方法无需对方程进行小角度假设和线性化处理，对于长距离、广空域、宽速域条件下的多飞行器协同轨迹误差小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术提供的多飞行器协同突防轨迹优化设计方法流程图；图2为本专利技术获取单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据流程图；图3为本专利技术中某个实施例中飞行器原始雷达散射截面积数据图；图4为图3所示飞行器原始雷达散射截面积数据经高斯滤波后得到的光滑雷达散射截面积数据图；图5为图4所示的光滑雷达散射截面积数据数据经多项式拟合后得到的雷达散射截面积数据图；图6为本专利技术提供的单飞行器协同突防轨迹优化设计方法流程图；图7为实施例1中飞行器A、B、C单次突防轨迹图；图8为实施例1中飞行器A、B、C单次突防航向角变化图；图9为实施例1中飞行器A、B、C协同突防轨迹图；图10为实施例1中飞行器A、B、C协同突防航向角变化图；图11a为实施例2中MT与MP的经度-纬度图；图11b为实施例2中MT与MP的探测概率图；图11c为实施例2中MT与MP的飞行器RCS图；图11d为实施例2中MT与MP的姿态角轨迹图；图11e为实施例2中MT与MP的时间-攻角图；图11f为实施例2中MT与MP的时间-倾侧角图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提出一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，如图1所示，包括：101获取单飞行器三自由度动力学模型，根据所述单飞行器三自由度动力学模型，建立多飞行器三自由度动力学模型；三自由度动力学模型综合考虑了飞行器自身属性参数、飞行状态参数以及飞行环境参数等因素，通过该三自由度动力学模型可计算获得飞行器的位置和姿态。多飞行器三自由度动力学模型相比于单飞行器三自由度动力学模型，还需考虑多飞行器的协同问题。102获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，其特征在于，包括：/n获取单飞行器三自由度动力学模型，根据所述单飞行器三自由度动力学模型，建立多飞行器三自由度动力学模型；/n获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值；/n根据单飞行器的雷达探测威胁值，得到多飞行器的雷达探测威胁值；/n获取约束条件，根据多飞行器三自由度动力学模型、多飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对多飞行协同突防轨迹进行优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，其特征在于，包括：
获取单飞行器三自由度动力学模型，根据所述单飞行器三自由度动力学模型，建立多飞行器三自由度动力学模型；
获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值；
根据单飞行器的雷达探测威胁值，得到多飞行器的雷达探测威胁值；
获取约束条件，根据多飞行器三自由度动力学模型、多飞行器的雷达探测威胁值以及所述约束条件，对多飞行协同突防轨迹进行优化。


2.如权利要求1所述的多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，其特征在于，所述单飞行器为无动力滑翔飞行器；根据所述无动力滑翔飞行器自身属性参数、飞行状态参数以及飞行环境参数构建单飞行器三自由度动力学模型为：



其中，
式中，r＝Re+h，为地心距，Re为地球半径，h为飞行器高度；λ和φ分别为飞行器位置的经度和纬度；V为飞行器速度；θ为飞行器弹道倾角；σ为飞行器航向角；“.”为状态变量对时间的微分；飞行器自身属性参数包括：m为飞行器质量；S为飞行器特征面积；飞行状态参数包括：L和D分别为飞行器升力和飞行器阻力；ν为飞行器倾侧角；ρV2/2为动压头；Cl为升力系数，Cd为阻力系数，Cl和Cd均为攻角α和速度V的函数；飞行环境参数包括：g为当地重力加速度；ρ为大气密度；其中，α和ν为控制变量。


3.如权利要求2所述的多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，其特征在于，根据所述单飞行器三自由度动力学模型，得到多飞行器三自由度动力学模型为：



式中，Xi为第i个飞行器的所有状态变量；Yi＝(ri,λi,φi,Vi,θi,σi)，r为地心距，λ和φ分别为飞行器位置的经度和纬度，V为飞行器速度，θ为飞行器弹道倾角，σ为飞行器航向角，i＝[1,N]，N为飞行器数量；“.”为状态变量对时间的微分。


4.如权利要求1所述的多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，其特征在于，获取所述单飞行器针对雷达的雷达散射截面积数据，包括：
根据物理光学法，采用自编程快速计算，获取飞行器原始雷达散射截面积数据；
采用高斯滤波法对所述飞行原始器雷达散射截面积数据进行光滑处理，得到光滑雷达散射截面积数据数据；
采用多项式拟合对所述光滑雷达散射截面积数据数据进行拟合处理，得到雷达散射截面积数据。


5.如权利要求1所述的多飞行器协同突防轨迹优化设计方法，其特征在于，根据所述单飞行器与雷达的距离以及所述雷达散射截面积数据，计算每个所述单飞行器的雷达探测威胁值，包括：
根据所述单...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛健全，许强强，郭玥，江增容，张青斌，丰志伟，杨涛，姜沾源，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43