基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法，涉及飞行器机动决策技术领域，包括：定义近距空战核心因素优势函数；根据能自适应变化权重系数和近距空战核心因素优势函数构建近距自适应空战优势函数；建立自适应飞行器空战机动决策最优控制问题；将自适应飞行器空战机动决策最优控制问题处理为有限维可在线求解的非线性规划问题；将机动决策最优控制问题近似为在线可解且梯度可求的非线性规划问题；对在线可解且梯度可求的非线性规划问题进行求解，得到基于控制参数化的近距空战机动决策

【技术实现步骤摘要】
基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法


[0001]本专利技术涉及飞行器机动决策
，具体而言，涉及一种基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法
。

技术介绍

[0002]随着制空权在现代战争中愈发重要的地位，飞行器在制空权上的争夺能力成为现代化空战中最关键的能力
。
为了实现制空优势，飞行员如何最大程度上利用自身飞行器的机动性能和机载武器攻击能力实现及保持空战优势位是关键之处
。
空战对抗是为了在作战时避免陷入敌方飞行器的机载武器有效攻击范围的同时抢占有利态势位置，以达到能够实现提前对敌打击的目的
。
然而，由于复杂且时变的空战态势，飞行员如何作出对应的飞行器最优机动决策变得错综复杂
。
因此，如何根据当前空战态势迅速作出符合当前飞行器机动能力的较优机动决策是空战作战能力研究的重要方向
。
[0003]根据是否考虑敌方飞行器的空战机动策略，目对近距空战机动决策算法的研究主要集中在两类：一类是不考虑敌方机动策略，以自身视角出发作出机动决策的机动决策点算法，如专家系统和强化学习算法
。
另一类则是考虑了敌方机动策略而作出的博弈对抗策略，主要为微分对策等博弈决策方法
。
然而，这些方法存在一定的局限性：
(1)
微分对策一类方法在复杂空战环境下无法准确建模且计算量较大；
(2)
专家系统方法的移植性和适应性较差，只能作为辅助机动决策算法；
(3)
基于强化学习的机动决策方法训练阶段漫长且训练成功后无法直接应用到其他空战环境或其他型号飞行器中，并且难以保证机动决策的安全性
。
以上方法不仅具有各自的缺点，并且都无法具备机动决策的安全性和当前飞行器机动性能下的较优性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术在于提供一种基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法，其能够缓解上述问题
。
[0005]为了缓解上述的问题，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法，包括以下步骤：
[0007]S1、
定义近距空战核心因素优势函数，包括距离优势函数
T
d
，角度优势函数
T
a
，速度优势函数
T
v
，以及高度优势函数
T
h
；
[0008]S2、
为各近距空战核心因素优势函数分别分配能随自适应规则变化的权重系数
α
＝
[
α
a α
d α
h α
v
]，根据权重系数
α
＝
[
α
a α
d α
h α
v
]和近距空战核心因素优势函数构建近距自适应空战优势函数；
[0009]S3、
根据近距自适应空战优势函数
、
飞行器质点动力学模型和飞行器实际机动性能安全约束，建立自适应飞行器空战机动决策最优控制问题；
[0010]S4、
采用离散控制参数化方法对自适应飞行器空战机动决策最优控制问题进行离散近似处理，包括控制量离散化近似处理
、
动力学离散化近似处理和性能约束离散化近似
处理，将自适应飞行器空战机动决策最优控制问题处理为有限维可在线求解的非线性规划问题；
[0011]S5、
采用约束转录法对步骤
S4
得到的非线性规划问题中的非线性状态约束进行降维处理，将机动决策最优控制问题近似为在线可解且梯度可求的非线性规划问题；
[0012]S6、
对步骤
S5
得到的在线可解且梯度可求的非线性规划问题进行求解，得到基于控制参数化的近距空战机动决策
。
[0013]具体地，步骤
S1
中，
[0014]角度优势函数
T
a
为：
[0015][0016]其中，
φ
为目标方位角，
q
为目标进入角；
[0017]距离优势函数
T
d
为：
[0018][0019]其中，
d
为我方飞行器与敌方飞行器的当前距离，
d
为我方飞行器的位置矢量与敌方飞行器位置矢量的差，
σ1,
σ2为两个控制距离优势值上升坡度的参数，
[d
min
,d
max
]为双方飞行器的近距空空导弹的攻击范围；
[0020]速度优势函数
T
v
为：
[0021][0022][0023]其中，
|v
r
|
，
|v
b
|
分别为我方和敌方飞行器的飞行速度，
|v
r
|∈[v
rmin
,v
rmax
]，为我方飞行器的飞行速度阈值；
[0024]高度优势函数
T
h
为：
[0025][0026]其中，
σ3,
σ4为两个控制高度优势值上升坡度的参数，
Δ
h0为我方飞行器与敌方飞
行器在当前时刻的相对高度，
Δ
h
为两机相对高度，
[
Δ
h
min
,
Δ
h
max
]为我方飞行器与敌方飞行器间的最佳高度差
。
[0027]更具体地，步骤
S2
中，
α
a
,
α
d
,
α
h
,
α
v
均大于等于0，且
α
a
+
α
d
+
α
h
+
α
v
＝1，自适应规则如下：
[0028]当我方飞行器和敌方飞行器未进入攻击范围
[d
min
,d
max
]且距离
d
＞
1.5d
max
时，
α
＝
[0100]；
[0029]当我方飞行器和敌方飞行器未进入攻击范围
[d
min
,d
max
]且距离
d≤1.5d
max
时，
α
＝
[0.80.200]；
[0030]当我方飞行器和敌方飞行器未进入攻击范围
[d
min
,d
max
]且距离
d
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
定义近距空战核心因素优势函数，包括距离优势函数
T
d
，角度优势函数
T
a
，速度优势函数
T
v
，以及高度优势函数
T
h
；
S2、
为各近距空战核心因素优势函数分别分配能随自适应规则变化的权重系数
α
＝
[
α
a α
d α
h α
v
]
，根据权重系数
α
＝
[
α
a α
d α
h α
v
]
和近距空战核心因素优势函数构建近距自适应空战优势函数；
S3、
根据近距自适应空战优势函数
、
飞行器质点动力学模型和飞行器实际机动性能安全约束，建立自适应飞行器空战机动决策最优控制问题；
S4、
采用离散控制参数化方法对自适应飞行器空战机动决策最优控制问题进行离散近似处理，包括控制量离散化近似处理
、
动力学离散化近似处理和性能约束离散化近似处理，将自适应飞行器空战机动决策最优控制问题处理为有限维可在线求解的非线性规划问题；
S5、
采用约束转录法对步骤
S4
得到的非线性规划问题中的非线性状态约束进行降维处理，将机动决策最优控制问题近似为在线可解且梯度可求的非线性规划问题；
S6、
对步骤
S5
得到的在线可解且梯度可求的非线性规划问题进行求解，得到基于控制参数化的近距空战机动决策
。2.
根据权利要求1所述基于控制参数化的近距空战机动决策优化方法，其特征在于，步骤
S1
中，角度优势函数
T
a
为：其中，
φ
为目标方位角，
q
为目标进入角；距离优势函数
T
d
为：其中，
d
为我方飞行器与敌方飞行器的当前距离，
d
为我方飞行器的位置矢量与敌方飞行器位置矢量的差，
σ1,
σ2为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，刘高旗，季玉龙，孙绍山，陶呈纲，李导，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：