顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法、装置及系统。其中，该方法包括：在第一阶段，在偏航通道，基于动态逆的控制方法生成时间控制制导律，其中，所述时间控制制导律用于针对不同的指定攻击时间在所述偏航通道上进行机动来补偿过多的剩余时间；在俯仰通道，基于角度约束制导律对所述飞行器的角度进行控制；在第二阶段，基于李亚普诺夫稳定性来生成满足攻击角度约束的三维制导律，并基于所述三维制导律对目标的顶部与侧面进行协同拦截，其中，所述三维制导律仅用于对所述飞行器的角度进行控制。本发明专利技术解决了相关技术中难以实现时间与落角约束下俯仰和偏航通道协同拦截的技术问题。同拦截的技术问题。同拦截的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法、装置及系统


[0001]本专利技术涉及制导控制领域，具体而言，涉及一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]随着作战环境和使用需求的不断发展，现代战争中的精确制导武器在用途上已经发展成为对付坦克、装甲车辆、坚固工事、碉堡、武装直升机，甚至小型舰艇等水面、地面、低空等多种目标的近距离精确打击型多用途装备。而要想实现对未来战场多种目标的全方位有效打击，不仅希望飞行器对目标进行打击时能够得到最小的脱靶量，还希望以最佳的飞行器姿态命中目标，从而使战斗部的效能能够得到充分发挥，对目标尽可能造成最大毁伤，这就对导引任务的实现提出了精度的要求，如何让飞行器从不同的攻击方向对目标进行顶部+侧翼协同拦截成为一个具有重要理论价值和实践意义的问题。
[0003]要实现多个飞行器的协同拦截，就要求参与攻击任务的多个飞行器能够从不同方向攻击目标，而且希望在攻击末端能够同时到达，这就要求飞行器的制导系统同时具有控制攻击角度和攻击时间的能力，而且由于受飞行器的本身气动布局的影响，飞行器的可用过载是有限的。
[0004]随着协同制导控制相关理论的发展，末端制导律设计呈现出大量研究成果。有人基于图像导引头和姿态陀螺仪测量信息的弹目距离估计方法，建立弹道控制规律，实现了曲射攻顶的反坦克导弹铅垂面内的转弯点自主控制。有人针对反坦克和反舰导弹系统对终端攻击角度的问题，采用最优控制方法设计了终端攻击角度约束的制导律。有人针对运动轨迹已知的目标，应用最优控制理论，设计了一种考虑拦截器的终端攻击角度约束的最优平面制导律。还有人针对反舰导弹，通过在纯比例制导律的基础上增加飞行时间误差的反馈项，运用最优控制理论推导了能够保证多枚导弹同时击中目标的时间协同制导律。
[0005]对末端落角进行约束，实现多飞行器同时攻顶和攻侧翼，并且在制导过程中考虑过载约束和时间约束，从而达到最大的损伤效果是多飞行器协同制导比较关心的问题。现有的关于多飞行协同制导的研究成果大多是针对多个飞行器如何在同一时间命中目标，也就是间协同的问题，对具有末端落角约束的制导研究也大部分是针对单一飞行器的，对同时具有末端落角约束和攻击时间约束的多飞行器实现对目标的顶部+侧面协同制导的研究较少。
[0006]针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供了一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法、装置及系统，以至少解决相关技术中难以实现时间与落角约束下俯仰和偏航通道协同拦截的技术问题。
[0008]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法，包括：在第一阶段，在偏航通道，基于动态逆的控制方法生成时间控制制导律，其中，所
述时间控制制导律用于针对不同的指定攻击时间在所述偏航通道上进行机动来补偿过多的剩余时间；在俯仰通道，基于角度约束制导律对所述飞行器的角度进行控制；在第二阶段，基于李亚普诺夫稳定性来生成满足攻击角度约束的三维制导律，并基于所述三维制导律对目标的顶部与侧面进行协同拦截，其中，所述三维制导律仅用于对所述飞行器的角度进行控制；其中，所述第一阶段为所计算出的时间误差大于预设阈值的阶段；所述第二阶段为所述时间误差小于等于所述预设阈值的阶段。
[0009]根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导装置，包括第一阶段控制模块，被配置为：在第一阶段，在偏航通道，基于动态逆的控制方法生成时间控制制导律，其中，所述时间控制制导律用于针对不同的指定攻击时间在所述偏航通道上进行机动来补偿过多的剩余时间；在俯仰通道，基于角度约束制导律对所述飞行器的角度进行控制；第二阶段控制模块，被配置为：在第二阶段，基于李亚普诺夫稳定性来生成满足攻击角度约束的三维制导律，并基于所述三维制导律对目标的顶部与侧面进行协同拦截，其中，所述三维制导律仅用于对所述飞行器的角度进行控制；其中，所述第一阶段为所计算出的时间误差大于预设阈值的阶段；所述第二阶段为所述时间误差小于等于所述预设阈值的阶段。
[0010]根据本专利技术实施例的又一方面，还提供了一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导系统，包括至少一个飞行器；和如上所述的飞行器制导装置。
[0011]根据本专利技术实施例的又一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，在所述程序运行时，使得计算机执行如上所述的任一项方法。
[0012]在本专利技术实施例中，在第一阶段，采用时间控制制导律和角度约束制导率对飞行器进行控制，在第二阶段，采用满足攻击角度约束的三维制导律对飞行器进行控制，从而实现了通过将时间协同和末端落角约束的相结合使得多飞行器能够同时实现目标顶部拦截和侧面拦截的技术效果。
附图说明
[0013]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0014]图1是根据本专利技术第一实施例的一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法的流程图；
[0015]图2是根据本专利技术第二实施例的一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法的流程图；
[0016]图3是根据本专利技术实施例的单个飞行器与目标相对运动关系示意图；
[0017]图4是根据本专利技术实施例的多个飞行器与目标相对运动关系示意图；
[0018]图5是根据本专利技术第三实施例的一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法的流程图；
[0019]图6是根据本专利技术实施例的制导律设计的流程图；
[0020]图7是根据本专利技术实施例的三维轨迹曲线对比图；
[0021]图8是根据本专利技术实施例的剩余时间曲线图；
[0022]图9是根据本专利技术实施例的平面轨迹曲线图；
[0023]图10是根据本专利技术实施例的偏航物理量曲线图；
[0024]图11是根据本专利技术实施例的俯仰物理量曲线图；
[0025]图12是根据本专利技术实施例的一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导装置的结构示意图；
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0027]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顶部与侧面协同拦截的飞行器制导方法，其特征在于，包括：在第一阶段，在偏航通道，基于动态逆的控制方法生成时间控制制导律，其中，所述时间控制制导律用于针对不同的指定攻击时间在所述偏航通道上进行机动来补偿过多的剩余时间；在俯仰通道，基于角度约束制导律对所述飞行器的角度进行控制；在第二阶段，基于李亚普诺夫稳定性来生成满足攻击角度约束的三维制导律，并基于所述三维制导律对目标的顶部与侧面进行协同拦截，其中，所述三维制导律仅用于对所述飞行器的角度进行控制；其中，所述第一阶段为所计算出的时间误差大于预设阈值的阶段；所述第二阶段为所述时间误差小于等于所述预设阈值的阶段。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在偏航通道，基于动态逆的控制方法生成时间控制制导律包括：基于期望的偏航角、期望的剩余时间误差以及期望的偏航角指令值，生成期望的快子系统和慢子系统；基于所生成的快子系统和慢子系统，得到所述快子系统的期望的偏航角指令值；对所得到的偏航角指令值求导，基于求导后的偏航角指令值和偏航方向的过载，生成时间控制制导律。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在基于求导后的偏航角指令值和偏航方向的过载、生成时间控制制导律之前，所述方法包括：根据所述视线坐标系与速度坐标系之间的转换关系，确定飞行器的动力学参数的变化，所述动力学参数包括速度倾角变化率和速度偏角变化率；基于所述速度倾角变化率和所述速度偏角变化率，确定所述偏航方向的过载。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述速度倾角变化率和所述速度偏角变化率确定所述偏航方向的过载，包括：假设加速度方向与速度方向垂直，根据所述相对距离变化率、所述视线倾角变化率和所述视线偏角变化率，通过角速度矢量与线速度矢量叉乘运算得到加速度方程；基于所述加速度方程，确定所述偏航方向的过载。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于李雅普诺夫稳定性来生成满足攻击角度约束的三维制导律包括：选取李亚普诺夫函数，对所述稳定性函数求导，基于求导后的所述稳定性函数生成攻击角度制导律；基于所述时间控制导引律和所述攻击角度控制导律，生成带...

【专利技术属性】
技术研发人员：范军芳，李俊贤，纪毅，赵辉，豆登辉，陈仕伟，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：