一种飞行器对移动目标打击控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种飞行器对移动目标打击控制方法及系统，该方法步骤包括：S1.基于三自由度运动方程构建飞行器的运动方程，并忽略飞行器飞行过程中所受的侧向力，同时配置使得飞行器的速度坐标系和飞行器本体坐标系重合，构建形成飞行器三自由度模型；S2.由飞机搭载目标飞行器按照指定导引控制规律控制飞行器运动，在飞行器运动过程中，根据飞行器的状态、目标的状态分别对攻击区的远界距离和近界距离进行搜索，直至飞行器击中目标。本发明专利技术具有实现方法简单、控制灵活、打击精度以及效率高等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器对移动目标打击控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及飞行器控制
，尤其涉及一种飞行器对移动目标打击控制方法及系统。

技术介绍

[0002]通过控制飞行器的运行轨迹，可以利用飞行器对目标进行精准打击。现有技术中为控制飞行器实现目标的打击，通常是先获取目标的位置，基于目标位置为飞行器规划出运动轨迹。但是该类方式必须要预先获取目标的位置，对于不具有位置的移动目标打击不适用，因而实际应用场景十分受限，若将该类方法应用于移动目标打击中则实现复杂，需要复杂的算法规划出运动轨迹，打击精度以及效率均不高。
[0003]为确保飞行器精准打击移动目标，关键的即为确定准确的攻击区。攻击区是指在一定攻击条件下，由飞行器性能决定的有可能命中目标的空间区域，在飞行器攻击区内才能实施打击命中目标。影响攻击区的主要因素概括起来有以下几点：
[0004](1)飞行器的最大有效飞行时间和导引头的最大探测、跟踪距离是影响攻击区远界的主要原因，而确定飞行器的最大允许发射距离是导引头对目标能够实施最大的探测和跟踪的距离、飞行器上能源所允许的工作时间等。
[0005](2)载机的飞行高度越高，远界越大。
[0006](3)攻击区的近界受飞行器的最短飞行时间和导引头最大跟踪角速度的影响。
[0007](4)攻击区的远界和近界还受飞行器的法向过载、导引头的视场角等因素的影响。
[0008](5)有许多条件制约飞行器攻击区的侧边界，这些因素包括敌机的机动过载能力、目标攻击进入角度、飞行器许可过载、导引头位标器的最大跟踪角速度，以及最大跟踪方位角等。
[0009]综上，亟需提供一种飞行器对移动目标打击控制方法及系统，以使得能够实现移动目标的打击，同时能够确保打击的精度以及效率。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、控制灵活、打击精度以及效率高的飞行器对移动目标打击控制方法及系统。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0012]一种飞行器对移动目标打击控制方法，步骤包括：
[0013]S1.模型构建：基于三自由度运动方程构建飞行器的运动学方程，并忽略飞行器飞行过程中所受的侧向力，同时配置使得飞行器的速度坐标系和飞行器本体坐标系重合，构建形成飞行器三自由度模型；
[0014]S2.目标攻击控制：由飞机搭载目标飞行器按照指定导引控制规律控制飞行器运动，在飞行器运动过程中，基于所述飞行器三自由度模型根据飞行器的状态、目标的状态分
别对攻击区的远界距离和近界距离进行搜索，直至飞行器击中目标。
[0015]进一步的，所述步骤S1中采用质点运动方程构建所述飞行器的运动学方程，具体为：
[0016][0017]式中，x
m y
m z
m
分别为飞行器在惯性坐标系下xyz三个方向上的坐标；v
m θ
m φ
m
分别为飞行器的速度、飞行器倾角和飞行器偏角，所述飞行器倾角为速度矢量与水平面之间的夹角，所述飞行器偏角为飞行器速度矢量在水平面上的投影与惯性坐标系OX轴的夹角；
[0018]以及构建飞行器的三自由度动力学方程模型为：
[0019][0020]其中，F
x F
y F
z
分别为除推力外飞行器所有外力分别在飞行轨迹坐标系各轴上分量的代数和；P
x P
y P
z
分别为推力P飞行轨迹坐标系各轴上的分量；
[0021]根据构建的模型得到飞行器的三自由度动力学方程为：
[0022][0023]式中：M
m
为飞行器质量，P X分别为飞行器受到的推力和空气阻力，θ
m
为飞行器倾角；n
my
、n
mz
分别为俯仰和偏航方向上飞行器的转弯控制过载。
[0024]进一步的，所述步骤S1中还包括：
[0025]构建速度矢量旋转角速度ω
ym ω
zm
表示为：
[0026][0027][0028]以及构建P M
m
随时间变化的方程分别为：
[0029][0030][0031]式中：为飞行器发动机工作时的平均推力，k为燃料平均流速。
[0032]以及阻力X的变化规律方程为：
[0033][0034]式中：C
x
为阻力系数，ρ为空气密度，S为飞行器特征面积。
[0035]以及构建目标在惯性坐标系下的运动方程为：
[0036][0037]进一步的，所述步骤S2中具体采用比例导引法作为导引控制规律，，控制在飞行器飞行过程中，保持速度矢量的转动角速度与目标视线的转动角速度呈给定的比例关系。
[0038]进一步的，所述比例导引法中，设定目标相对导弹的位置矢量r，在惯性坐标系中使用(r，q
α
，q
β
)表示：
[0039][0040]其中，r
x
＝x
t
‑
x
m
，r
y
＝y
t
‑
y
m
，r
z
＝z
t
‑
z
m
，x
m
，y
m
，z
m
分别为飞行器在惯性坐标系下xyz三个方向上的坐标，x
t
，y
t
，z
t
为目标在惯性坐标下xyz三个方向上的坐标，q
α
为视线倾角，q
β
为视线偏角；
[0041]并对时间求导得：
[0042][0043]则采用所述比例导引法时配置满足：
[0044][0045]其中，θ
m
，φ
m
分别为飞行器倾角和飞行器偏角。
[0046]进一步的，所述步骤S2中对攻击区的远界搜索步骤包括：
[0047]S201.以目标飞行器为中心建立坐标系，并进行飞行器参数、目标参数的初始化；
[0048]S202.确定目标相对于飞行器的方位以及攻击区的最大初始搜索范围[R
n
，R
f
]，其中Rn为所述攻击区的近界距离，Rf为所述攻击区的远界距离；
[0049]S203.根据当前的所述攻击区的近界距离、远界距离计算对应的黄金分割搜索点R
g
；
[0050]S204.基于所述飞行器三自由度模型进行飞行器与目标的运动仿真，通过预设仿真限制条件判断飞行器是否击中目标，若击中则使用当前黄金分割搜索点Rg更新所述攻击区的近界距离、所述远界距离保留不变，即令R
n
＝R
g
，R
f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器对移动目标打击控制方法，其特征在于，步骤包括：S1.模型构建：基于三自由度运动方程构建飞行器的运动学方程，并忽略飞行器飞行过程中所受的侧向力，同时配置使得飞行器的速度坐标系和飞行器本体坐标系重合，构建形成飞行器三自由度模型；S2.目标攻击控制：由飞机搭载目标飞行器按照指定导引控制规律控制飞行器运动，在飞行器运动过程中，基于所述飞行器三自由度模型根据飞行器的状态、目标的状态分别对攻击区的远界距离和近界距离进行搜索，直至飞行器击中目标。2.根据权利要求1所述的飞行器对移动目标打击控制方法，其特征在于，所述步骤S1中采用质点运动方程构建所述飞行器的运动学方程，具体为：式中，x
m
，y
m
，z
m
分别为飞行器在惯性坐标系下xyz三个方向上的坐标；v
m
，θ
m
，φ
m
分别为飞行器的速度、飞行器倾角和飞行器偏角，所述飞行器倾角为速度矢量与水平面之间的夹角，所述飞行器偏角为飞行器速度矢量在水平面上的投影与惯性坐标系OX轴的夹角；以及构建飞行器的三自由度动力学方程模型为：其中，F
x
，F
y
，F
z
分别为除推力外飞行器所有外力分别在飞行轨迹坐标系各轴上分量的代数和；P
x
，P
y
，P
z
分别为推力P飞行轨迹坐标系各轴上的分量；根据构建的模型得到飞行器的三自由度动力学方程为：式中：M
m
为飞行器质量，P，X分别为飞行器受到的推力和空气阻力，θ
m
为飞行器倾角；n
my
、n
mz
分别为俯仰和偏航方向上飞行器的转弯控制过载。3.根据权利要求2所述的飞行器对移动目标打击控制方法，其特征在于，所述步骤S1 中还包括：构建速度矢量旋转角速度ω
ym
ω
zm
表示为：表示为：以及构建P、M
m
随时间变化的方程分别为：
式中：为飞行器发动机工作时的平均推力，κ为燃料平均流速；以及阻力X的变化规律方程为：式中：C
x
为阻力系数，ρ为空气密度，S为飞行器特征面积。以及构建目标在惯性坐标系下的运动方程为：4.根据权利要求1所述的飞行器对移动目标打击控制方法，其特征在于：所述步骤S2中具体采用比例导引法作为导引控制规律，控制在飞行器飞行过程中，保持速度矢量的转动角速度与目标视线的转动角速度呈给定的比例关系。5.根据权利要求4所述的飞行器对移动目标打击控制方法，其特征在于，所述比例导引法中，设定目标相对导弹的位置矢量r，在惯性坐标系中使用(r，q
α
，q
β
)表示：其中，r
x
＝x
t
‑
x
m
，r
y
＝y
t
‑
y
m
，r
z
＝z
t
‑
z
m
，x
m
，y
m
，z
m
分别为飞行器在惯性坐标系下xyz三个方向上的坐标，x
t
，y
t
z
t
为目标在惯性坐标下xyz三个方向上的坐标，q
α
为视线倾角，q
β

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立珍，尹栋，白建保，李杰，黄博文，刘道信，肖越洋，
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：