【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器协同制导领域，特别是涉及一种考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法。
技术介绍
1、在现代海战中，战斗舰艇配备了许多自卫系统如近防武器系统（close-in weaponsystems，ciws）来防御反舰武器，击溃现代军舰的近程防御系统的有效方法是用多个作战武器进行齐射攻击。由于大多数舰船防御系统采用“一对一”拦截策略，故“多对一”协同打击可以有效地突破防御系统。在制导过程中，除了最小脱靶距离外，终端约束如攻击角度和时间也同样重要。以特定的攻击角度击中目标，可以增加攻击的毁伤效果。在反舰作战中，为实现最大破坏需要横向攻击。在协同作战任务中，多个飞行器不仅需要以一定的方位进行攻击，还需要进行攻击时间的约束。因此，攻击角度和时间约束可以大大提高高速飞行器对于先进防御系统的生存能力和作战水平。目前，单独研究攻击角度或攻击时间的协同制导方法较多，同时对攻击角度和攻击时间进行约束的协同制导方法相对较少。对于同时考虑时间和角度约束的协同制导，其研究也多在二维平面内展开。而实际作战是在三维空间中进行的，因此，同时考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法的研究具有重要的价值和意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，能够在三维空间中实现水平面内的多方位打击，提高制导精度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，包括：
4、根据飞行器的状态信息确定各个飞行器的终端约束条件；所述状态信息包括飞行器初始时刻的空间位置、速度、弹道倾角、弹道偏角，目标的位置以及速度；所述终端约束条件包括攻击时间约束以及攻击角度约束；
5、基于飞行器-目标的三维相对运动模型，在俯仰通道，根据所述攻击时间约束确定飞行器的俯仰制导指令；
6、基于飞行器-目标的三维相对运动模型，在偏航通道，根据所述攻击角度约束确定飞行器的偏航制导指令；
7、根据所述俯仰制导指令以及所述偏航制导指令控制各个飞行器运动。
8、可选的，所述飞行器-目标的三维相对运动模型，具体包括：
9、以飞行器的质心为圆心o，以飞行器指向目标为xl轴的正方向，以垂直于oxl轴的轴为yl轴，以垂直于xloyl平面的轴为zl轴，建立视线坐标系oxlylzl；
10、在所述视线坐标系中引入惯性参考坐标系以及弹体坐标系，确定视线倾角、视线偏角以及飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角和方位角；
11、将所述飞行器和目标视为质点，飞行器速度恒定且目标静止，将俯仰通道和偏航通道解耦，根据所述视线倾角、所述视线偏角以及飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角和方位角构建飞行器-目标的三维相对运动模型。
12、可选的，所述飞行器-目标的三维相对运动模型为：
13、；
14、其中，为飞行器与目标的相对距离；为飞行器与目标的相对距离的一阶导数；v为飞行器的速度；为飞行器的俯仰制导指令；为偏航制导指令；为所述视线倾角；为所述视线偏角；为视线倾角的一阶导数；为视线偏角的一阶导数；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的方位角；为速度矢量与视线坐标系的高低角的一阶导数；为速度矢量与视线坐标系的方位角的一阶导数。
15、可选的，基于飞行器-目标的三维相对运动模型，在俯仰通道，根据所述攻击时间约束确定飞行器的俯仰制导指令，具体包括：
16、在俯仰通道，根据飞行器与目标的相对距离以及飞行器的速度确定飞行器的实际剩余攻击时间；
17、根据期望攻击时间以及制导过程的时刻确定期望剩余攻击时间；
18、根据所述期望剩余攻击时间以及所述实际剩余攻击时间确定攻击时间误差；
19、对所述攻击时间求导并结合所述飞行器-目标的三维相对运动模型确定攻击时间误差的一阶导数；
20、采用时标分离法，根据所述攻击时间误差的一阶导数构建非线性慢动力学子系统；
21、根据所述飞行器-目标的三维相对运动模型中速度矢量与视线坐标系的高低角的一阶导数作为非线性快动力学子系统；
22、采用动态逆理论进行攻击时间约束，根据所述非线性慢动力学子系统以及所述非线性快动力学子系统确定飞行器的俯仰制导指令。
23、可选的，所述非线性慢动力学子系统为：
24、；
25、其中，为期望攻击时间误差；为的一阶导数；为攻击时间误差；为非线性慢动力学子系统的期望带宽。
26、可选的，所述非线性快动力学子系统为：
27、；
28、其中，为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角的期望指令值；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角的指令值，，为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的方位角，为攻击时间误差，为非线性慢动力学子系统的期望带宽；分别为和的一阶导数；为非线性快动力学子系统的期望带宽。
29、可选的，所述俯仰制导指令为：
30、；
31、其中，为飞行器的俯仰制导指令；v为飞行器的速度；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角的指令值的一阶导数；为飞行器与目标的相对距离；为所述视线倾角；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的方位角。
32、可选的，基于飞行器-目标的三维相对运动模型，在偏航通道，根据所述攻击角度约束确定飞行器的偏航制导指令，具体包括：
33、在所述偏航通道，根据飞行器的视线偏角以及期望视线偏角确定攻击角度误差；
34、根据所述飞行器-目标的三维相对运动模型确定视线偏角的二阶导数；
35、基于所述攻击角度误差，利用滑模控制理论进行攻击角度约束，参考超螺旋算法，设计趋近律；
36、根据所述趋近律确定飞行器的偏航制导指令。
37、可选的，所述趋近律为：
38、；
39、其中，为第一边界层的饱和函数，为第二边界层的饱和函数；为中间变量；为的一阶导数；，为正常数；s为滑模面，；为所述视线偏角；为视线偏角的一阶导数；为所述期望视线偏角；为所述滑模面的设计参数，；，为s的一阶导数；为视线偏角的二阶导数；
40、，为飞行器与目标的相对距离；v为飞行器的速度；为所述视线倾角；为视线倾角的一阶导数；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的高低角；为飞行器的速度矢量与所述视线坐标系的方位角；为速度矢量与视线坐标系的高低角的一阶导数；；为偏航制导指令。
41、可选的，所述偏航制导指令为：
42、；
43、其中，为第一边界层的饱和函数；为偏航制导指令；为飞行器与目标的相对距离；为飞行器与目标的相对距离的一阶导数；为滑模面的设计参数；为正常数；为中间变量；为所述视线倾角；为视线倾角的一阶导数；为视线偏角的一阶导数。...
【技术保护点】
1.一种考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述飞行器-目标的三维相对运动模型，具体包括：
3.根据权利要求2所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述飞行器-目标的三维相对运动模型为：
4.根据权利要求1所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，基于飞行器-目标的三维相对运动模型，在俯仰通道，根据所述攻击时间约束确定飞行器的俯仰制导指令，具体包括：
5.根据权利要求4所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述非线性慢动力学子系统为：
6.根据权利要求4所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述非线性快动力学子系统为：
7.根据权利要求4所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述俯仰制导指令为：
8.根据权利要求1所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器
9.根据权利要求8所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，所述趋近律为：
10.根据权利要求8所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，所述偏航制导指令为：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述飞行器-目标的三维相对运动模型，具体包括：
3.根据权利要求2所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述飞行器-目标的三维相对运动模型为：
4.根据权利要求1所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，基于飞行器-目标的三维相对运动模型，在俯仰通道，根据所述攻击时间约束确定飞行器的俯仰制导指令，具体包括：
5.根据权利要求4所述的考虑时间和角度约束的高速飞行器三维协同制导方法，其特征在于，所述非线性慢动...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁一波，张恒懋，岳晓奎，李聪，代洪华，张栋，胡一繁，肖厚地，陈嵩，安宇飞，王宏伟，张莹，李勇，张顺家，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。