一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法技术

本发明专利技术涉及飞行器集群任务规划、弹道与制导技术领域，提出了一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，针对不同类型飞行器的多样式任务协同需求，以弱机动性飞行器标称弹道为基线，基于最优控制理论确定强机动性飞行器弹道参数，对各种飞行器集群任务规划和协同弹道、制导规划问题有广泛的适用性。针对该最优控制问题，基于传统遗传算法、非线性规划方法迭代优化，充分结合两种方法的优点，可以达到较高的求解精度、效率和一致性；采用统一设计步骤，分段衔接求解，简化了设计复杂度，具有较强的工程可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法
本专利技术涉及飞行器集群任务规划、弹道与制导
，特别涉及一种动力学特性差异较大的多飞行器集群复杂构型约束下的协同弹道规划方法。
技术介绍
基于多平台优势互补、能力涌现的装备体系化能力建设与技术发展，对不同类型飞行器的多样式任务协同提出了更高的要求。现有的飞行器集群任务规划方法，仅适用飞行器同构或动力学特性差异较小的异构等情况，主要考虑同时到达、同步视线角等较为简单的构型约束，不能用于解决异质多飞行器复杂构型协同弹道规划问题。另一方面，飞行器可配置的资源有限、平台的动态性强，不支持开展计算密集型的协同制导参数搜索与寻优。因此需要发展一种高效的异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，提供了一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，以解决不同类型飞行器的多样式任务协同问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、以弱机动性飞行器标称弹道为基线，以强机动飞行器的制导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤1、以弱机动性飞行器标称弹道为基线，以强机动飞行器的制导控制为焦点，基于分段衔接的设计思路，定义异质多飞行器协同弹道规划任务，包括前后相继的子任务1与子任务2；/n步骤2、建立强机动飞行器动力学方程；/n步骤3、基于传统遗传算法、非线性规划方法迭代优化，求解子任务1；/n步骤4、将子任务2细分为一定数量与子任务1同构的元任务，求解每个元任务，从而完成子任务2的求解；/n步骤5、综合求解结果形成协同弹道规划结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、以弱机动性飞行器标称弹道为基线，以强机动飞行器的制导控制为焦点，基于分段衔接的设计思路，定义异质多飞行器协同弹道规划任务，包括前后相继的子任务1与子任务2；
步骤2、建立强机动飞行器动力学方程；
步骤3、基于传统遗传算法、非线性规划方法迭代优化，求解子任务1；
步骤4、将子任务2细分为一定数量与子任务1同构的元任务，求解每个元任务，从而完成子任务2的求解；
步骤5、综合求解结果形成协同弹道规划结果。


2.根据权利要求1所述的异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，其特征在于，所述步骤1中异质多飞行器协同弹道规划任务定义具体包括：
定义M为弱机动性飞行器，设XM＝[XM1；XM2；...；XMi；...；XMm]，表示弱机动性飞行器的标称飞行弹道参数，XMi＝[tMi,xMi,yMi,zMi,VMi,θMi,ψVMi]表示第i个时刻飞行器M的运动状态，其中tMi表示第i个时刻，xMi、yMi、zMi分别表示第i个时刻的x向、y向、z向位移，VMi、θMi、ψVMi分别表示第i个时刻的飞行速度、弹道倾角、弹道偏角；
定义P代表强机动性飞行器，设XP＝[XP1；XP2；...；XPi；...；XPn]，表示强机动飞行器的待求飞行弹道参数，XPi＝[tPi,xPi,yPi,zPi,VPi,θPi,ψVPi]表示第i个时刻飞行器P的运动状态，其中各元素定义规则与飞行器M一致；
针对某一特定时刻，定义飞行器P和M需满足的r个不显含时间的等式构型约束如下：



针对某一特定时刻，定义飞行器P和M需满足的s个不显含时间的不等式构型约束如下：



飞行器P需完成的协同制导任务为：飞行器P在tPk1～tPk2时段内，飞行器M在对应时段tMd1～tMd2内，两者同一时刻的飞行状态持续满足约束(1)和(2)，整个协同制导任务划分为前后相继的子任务1与子任务2：
子任务1：从起始时刻tP1开始，对飞行器P实施协同制导，以最小的制导偏差和控制代价，使得tPk1时刻，飞行器M、P满足式(1)、(2)的构型约束；此时飞行器M的运动状态为XMd1＝[tMd1,xMd1,yMd1,zMd1,VMd1,θMd1,ψVMd1]，为已知量，建立相应的性能泛函如下：



其中，ny2、nz2为飞行器P的法向、侧向过载，均为协同系统的控制量，g为重力加速度，表示飞行器P的制导偏差函数；
子任务2：从tPk1时刻开始至tPk2时刻，对飞行器P实施协同制导，以最小的制导偏差和控制代价，使得飞行器M、P持续满足式(1)、(2)的构型约束；tPk2时刻，飞行器M的运动状态为XMd2＝[tMd2,xMd2,yMd2,zMd2,VMd2,θMd2,ψVMd2]，为已知量；建立相应的性能泛函如下：



其中，μi、ρi为与函数fi(·)、gi(·)对应的加权系数，sgn(·)为符号函数，表示飞行器P的制导偏差函数；
所述制导偏差函数二阶混合偏导数为零：





3.根据权利要求2所述的异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
假设飞行速度不变，建立飞行器P的动力学方程如下：





4.根据权利要求3所述的异质多飞行器复杂构型协同弹道规划方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1、建立最优控制求解模型；
步骤3.2、建立拉格朗日乘子关系式；
步骤3.3、利用混...

【专利技术属性】
技术研发人员：武春风，秦建飞，吕金虎，刘克新，白明顺，冯庆堂，朱国梁，张达，刘洋，朱键华，齐柏一，
申请(专利权)人：航天科工微电子系统研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51