三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法技术

三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法，它属于多对一导弹同步拦截领域。本发明专利技术解决了现有的同步拦截方法中未考虑目标的不同机动级别和类型，以及未考虑目标法向过载的随机性的问题。本发明专利技术首先提出了三维空间中的导弹对目标拦截时间的计算方法，其次生成训练数据集用于训练生成RBF_G网络，再基于比例制导率提出了变比例系数的比例制导策略，允许拦截器在期望的拦截时间拦截机动目标，即使目标采用不同的级别和类型的机动，目标的法向过载为随机的定值，导弹也可以通过预计的拦截时间和当前时间误差来实现二对一的同步区域覆盖拦截。本发明专利技术方法可以应用于二对一导弹同步拦截。同步拦截。同步拦截。

【技术实现步骤摘要】
三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法


[0001]本专利技术属于多对一导弹同步拦截领域，具体涉及一种三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法。

技术介绍

[0002]对于同步时间拦截问题，在此之前已经有许多学者进行了深入的研究，一种新的制导率被设计用来给出拦截时间的计算方法(S.R.Kumar and D.Mukherjee,“Terminal time
‑
constrained nonlinear interception strategies against maneuvering targets,”Journal of Guidance,Control,and Dynamics,vol.44,no.1,pp.200
–
209,2021.[Online].Available:https://doi.org/10.2514/1.G005455)。一种基于前进时间预测的方法被提出用于解决海空反舰导弹的拦截问题，基于该方案所提出的制导策略可以有效的实现在规定的时间内攻击精确目标(M
‑
J.Tahk,S.
‑
W.Shim,S.
‑
M.Hong,H.
‑
L.Choi and C.
‑
H.Lee,"Impact Time Control Based on Time
‑
to
‑
Go Prediction for Sea
‑
Skimming Antiship Missiles,"in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.54,no.4,pp.2043
‑
2052,Aug.2018)。一种考虑阻力的比例导引率的时间估计方案被提出用于解决在存在阻力的情况下，导弹飞行时的剩余时间计算问题(B.Zhang,D.Zhou and C.Shao,"Closed
‑
Form Time
‑
to
‑
Go Estimation for Proportional Navigation Guidance Considering Drag,"in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.58,no.5,pp.4705
‑
4717,Oct.2022,doi:10.1109/TAES.2022.3164863.)。一种最优制导率被提出用于解决不确定的飞行时间问题(Rusnak I.Optimal guidance laws with uncertain time
‑
of
‑
flight[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2000,36(2):721
‑
725.)。一种基于递归的时间估计方法被提出用于解决导弹剩余飞行时间的估计问题，提出了一种以非迭代的方式更新去时间的递归去时间计算方法。递归方法包括一个误差补偿特征，它显式地计算由非零初始标题误差产生的去时间误差(Min
‑
JeaTahk,Chang
‑
Kyung Ryoo and Hangju Cho,"Recursive time
‑
to
‑
go estimation for homing guidance missiles,"in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.38,no.1,pp.13
‑
24,Jan.2002,doi:10.1109/7.993225.)。在文献(C.Y.Wang,X.J.Ding,J.N.Wang,and J.Y.Shan,“A robust threedimensional cooperative guidance law against maneuvering target,”Journal of the Franklin Institute,vol.357,no.10,pp.5735
‑
5752,Jul.2020.)中，使用相对距离除以相对速度，而在文献(J.Zhao,R.Zhou,and Z.N.Dong,“Three
‑
dimensional cooperative guidance laws against stationary and maneuvering targets,”Chinese Journal of Aeronautics,vol.28,no.4,pp.1104
‑
1120,Apr.2015.)中，使用相对距离、目标和导弹的速度以及导弹的航向角。在许多情况下，上述两种估计方法都不能准确地估计前进时间，使得导弹在CPN定律下不能同时攻击目标。
[0003]对于多对一的拦截策略，近些年来许多学者也做了很多研究，一种最优策略被提
出用于解决在三维空间中的非碰撞博弈，在该方案中，基于最优状态反馈策略被提出用来解决在三维空间中2对1的拦截问题(Garcia E,Casbeer D W,Pachter M.Optimal Strategies for a Class of Multi
‑
Player Reach
‑
Avoid Differential Games in 3D Space[J].IEEE Robotics and Automation Letters,2020,PP(99):1
‑
1.)。一种合作策略被提出用于两个追击者和一个逃逸者的微分博弈(Garcia E,Fuchs Z E,Milutinovic D,et al.A Geometric Approach for the Cooperative Two
‑
Pursuer One
‑
Evader Differential Game[J].IfacPapersonline,2017,50(1):15209
‑
15214.)。一种二对一的追击策略被提出，在该方案中主要分析了两个追求者与一个逃逸者之间的位置关系，并依据微分博弈中对HJI方程的求解，最终给出追踪者和博弈者的最优运动方程(M.Pachter,A.Von Moll,E.Garc
í
a,D.Casbeer,and D.Milutinovi
′
c,“Twoon
‑
one pursuit,”Journal of Guidance,Control,and Dynamics,vol.42,pp.1
–<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、建立三维空间中的导弹拦截模型，即建立两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程；步骤二、设计三维空间中的导弹对目标拦截时间的计算方法；步骤三、基于步骤一的相对运动学方程构建RBF_G神经网络的训练集，再利用构建的训练集对RBF_G神经网络进行训练；步骤四、根据训练好的RBF_G神经网络输出的同步拦截时间以及步骤二计算出的拦截时间得到时间偏差，再通过控制器给出同步拦截的制导律，将时间偏差代入制导律得到导弹的法向加速度，并根据法向加速度给出最终的制导指令。2.根据权利要求1所述的三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法，其特征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：征在于，所述两个导弹与目标在三维空间中的相对运动学方程为：其中，是r
i
的一阶导数，r
i
是第i个导弹与目标之间的距离，v
T
是目标的速度向量，θ
T
是
目标的速度坐标系与P
‑
E视线系之间的仰角，是目标的速度坐标系与P
‑
E视线系之间的倾角，i＝1,2，v
Mi
是第i个导弹的速度向量，θ
Mi
是第i个导弹的速度坐标系与P
‑
E视线系之间的仰角，是第i个导弹的速度坐标系与P
‑
E视线系之间的倾角，q
yMi
是第i个导弹的视线仰角，q
zMi
是第i个导弹的视线倾角，是q
yMi
的一阶导数，是q
zMi
的一阶导数；是θ
Mi
的一阶导数，A
zMi
是第i个导弹在自身速度坐标系下的z轴加速度分量，A
yMi
是第i个导弹在自身速度坐标系下的y轴加速度分量，是θ
T
的一阶导数，A
zT
是目标在自身速度坐标系下的z轴加速度分量，是的一阶导数，A
yT
是目标在自身速度坐标系下的y轴加速度分量。3.根据权利要求2所述的三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：计算导弹沿直线的攻击时间：其中，t
goL
代表导弹沿直线的攻击时间，Δy是导弹与目标在惯性参考坐标系的y轴方向上的相对距离，v
M
代表导弹的速度，a
ty
为目标加速度a
t
在目标速度坐标系的y轴方向上的投影，n＝2*v
T
*Δx，Δx是导弹与目标在惯性参考坐标系的x轴方向上的相对距离；在t
goL
时间内，目标运动到速度坐标系下的虚拟位置TF
V
，通过转换矩阵计算出惯性参考系下的虚拟位置TF以及目标的终端速度V
t
；将导弹的速度转换到虚拟的P
‑
E视线系，得到导弹的速度与P
‑
E视线系之间的夹角为σ
MF
，则导弹到达虚拟点的时间为：其中，|
·
|代表绝对值，α＝
‑
(N
‑
2)/(N
‑
1)，N为比例系数，yta为导弹的升阻比系数，r代表导弹与目标的距离；其中，Δt
go
是比例制导率弧线所造成的时间的延长，V
mt2
＝v
M
*e
Ξ
，e是自然对数的底数，Ξ＝yta*N*sign(σ
MF
)*(0
‑
σ
MF
)/N
‑
1，sign(
·
)是符号函数，V
t
是目标的终端速度，是拦截时刻的终端角度，t
d
＝t
goF
‑
t
goL
；则拦截时间t
goS
为：t
goS
＝t
goL
+Δt
go
。4.根据权利要求3所述的三维空间中基于RBF_G的二对一同步区域覆盖拦截方法，其特
征在于，所述构建RBF_G神经网络的训练集，其具体过程为：步骤1、设定最大循环次数Num、停止弹道仿真标志位stop_flag、导弹运行参数的初始范围以及目标运行参数的初始范围；步骤2、初始化目标与导弹的初始位置、视线角的仰角、视线角的偏角、初始速度、初始加速度、初始距离以及估计拦截时间；步骤3、对于步骤2的初始化参数，采用步骤二的方法计算导弹最大的拦截时间max(t
go
)以及最小的拦截时间min(t
go
)；步骤4、将最小拦截时间min(t
go
)赋值给拦截时间t
go
；步骤5、判断拦截时间t
go
是否小于最大的拦截时间max(t
go
)，若t
go
小于最大的拦截时间max(t
go
)，则执行步骤6，否则返回步骤2；步骤6、根据步骤2中的初始化参数以及步骤一中建立的运动学方程生成弹道数据，判断生成的弹道数据是否满足d1＜1且d2＜1，若满足，执行步骤7，否则执行步骤19；其中，d1代表拦截完成后目标与第1个导弹之间的距离，d2代表拦截完成后目标与第2个导弹之间的距离；步骤7、判断弹道数据是否满足：最大法向加速度a
max
＜100，若满足，执行步骤8，若不满足，执行步骤19；步骤8、判断弹道数据是否满足：R1＜100且R2＜100，若满足，执行步骤9，若不满足，执行步骤19；其中，R1代表第1个导弹与目标的初始距离，R2代表第2个导弹与目标的初始距离；步骤9、判断弹道数据是否满足：Time_error＜0.5，Time_error表示两个导弹拦截时间的差值，若满足，执行步骤10，若不满足，执行步骤11；步骤10、计算整体数值：Total＝weight*energy+(1
‑
weight)*a
max
，weight代表权重，energy代表导弹所消耗的能量和最大法向过载的和；若Total＜Total
min
，则令Total
min
＝Total，保存并输出弹道数据，再执行步骤19；其中，Total
min
代表当前次迭代之前的最小值；若Total≥Total
min
，则直接执行步骤19；步骤11、令Time_up＝max(t
go
)，Time_low＝min(t
go
)，将第1个导弹的拦截时间Tgo1分配为Time_low，将第2个导弹的拦截时间Tgo2分配为Time_up；步骤12、根据步骤一中导弹与目标的相对运动学方程生成弹道数据，并判断Tgo1是否小于max(t
go
)；若Tgo1小于max(t
g...

【专利技术属性】
技术研发人员：周荻，白羽，张博伦，何朕，邹昕光，祝月，张锐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：