本發(fā)明屬于航空航天器的制導(dǎo)與控制領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法。

背景技術(shù)：

1、比例導(dǎo)引等經(jīng)典制導(dǎo)律的設(shè)計(jì)焦點(diǎn)是飛行器與目標(biāo)之間的脫靶量。近年來(lái)，戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的多維化使得零脫靶量不再是唯一的制導(dǎo)約束。在一些特殊情景下，期望飛行器從指定方向接近目標(biāo)，應(yīng)施加攻擊角度約束。例如為了提高飛行器的突防效果或戰(zhàn)斗部毀傷效能，需要以特定的角度接近目標(biāo)，此時(shí)攻擊角度的控制變得尤為重要。為了適應(yīng)制導(dǎo)系統(tǒng)的要求，同時(shí)考慮脫靶量和攻擊角度約束的制導(dǎo)律受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

2、針對(duì)同時(shí)滿(mǎn)足脫靶量和攻擊角度約束的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)問(wèn)題，目前已有一些經(jīng)典的方法和理論，如最優(yōu)控制理論、滑?？刂评碚撘约盎诒壤龑?dǎo)引的方法等。然而，這些制導(dǎo)方法是針對(duì)靜止目標(biāo)提出的，若目標(biāo)為不同類(lèi)型的機(jī)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，容易產(chǎn)生較大脫靶量甚至丟失目標(biāo)，更難以滿(mǎn)足制導(dǎo)末端的攻擊角度約束。因此，需要設(shè)計(jì)一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束制導(dǎo)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法。

3、技術(shù)方案

4、一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于步驟如下：

5、在平面內(nèi)，根據(jù)飛行器追蹤機(jī)動(dòng)目標(biāo)的幾何運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及飛行器和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，建立飛行器和目標(biāo)在原坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程，包括飛行器與目標(biāo)的相對(duì)距離的一階導(dǎo)數(shù)飛行器與目標(biāo)的視線角的一階導(dǎo)數(shù)飛行器的航跡角的一階導(dǎo)數(shù)和目標(biāo)的航跡角的一階導(dǎo)數(shù)

6、所述原坐標(biāo)系是以飛行器初始位置為原點(diǎn)；

7、根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系，建立飛行器和目標(biāo)在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程，包括飛行器與目標(biāo)的相對(duì)距離的一階導(dǎo)數(shù)飛行器與目標(biāo)的視線角的一階導(dǎo)數(shù)飛行器與目標(biāo)的相對(duì)航跡角的一階導(dǎo)數(shù)和飛行器與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的前置角η；

8、所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系是將目標(biāo)視為一個(gè)相對(duì)靜止的點(diǎn)，即在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中目標(biāo)的位置固定不變，以飛行器與目標(biāo)在x軸、y軸方向的相對(duì)位置來(lái)確定飛行器在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的位置；

9、在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程，采用二階bezier曲線生成飛行器與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡滿(mǎn)足脫靶量和攻擊角度約束；

10、所述脫靶量和攻擊角度約束為：

11、r(tf)＝0

12、θr(tf)＝θf(wàn)

13、其中，tf表示終端時(shí)間，θf(wàn)表示期望的終端相對(duì)航跡角；

14、以相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為參考軌跡，將參考軌跡劃分為若干個(gè)參考軌跡點(diǎn)，使用plos跟蹤算法獲取相對(duì)制導(dǎo)指令，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系，計(jì)算得到飛行器的制導(dǎo)指令，實(shí)現(xiàn)針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)。

15、所述飛行器和目標(biāo)在原坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程為：

16、

17、其中，vm表示飛行器的運(yùn)動(dòng)速度，am表示飛行器垂直于運(yùn)動(dòng)速度的加速度，vt表示目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，at表示目標(biāo)垂直于運(yùn)動(dòng)速度的加速度，θm表示飛行器的航跡角，θt表示目標(biāo)的航跡角，r表示飛行器與目標(biāo)的相對(duì)距離，q表示飛行器與目標(biāo)的視線角，表示飛行器與目標(biāo)的相對(duì)距離的一階導(dǎo)數(shù)，表示飛行器與目標(biāo)的視線角的一階導(dǎo)數(shù)，表示飛行器的航跡角的一階導(dǎo)數(shù)，表示目標(biāo)的航跡角的一階導(dǎo)數(shù)。

18、所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系為：

19、

20、其中，k表示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度與飛行器運(yùn)動(dòng)速度之比，即k＝vt/vm，vr表示飛行器與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，θr表示飛行器與目標(biāo)的相對(duì)航跡角，ar表示垂直于相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)加速度，θm表示飛行器的航跡角，θt表示目標(biāo)的航跡角。

21、所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程為：

22、

23、其中，表示飛行器與目標(biāo)的相對(duì)距離的一階導(dǎo)數(shù)，表示飛行器與目標(biāo)的視線角的一階導(dǎo)數(shù)，表示飛行器與目標(biāo)的相對(duì)航跡角的一階導(dǎo)數(shù)，表示η飛行器與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的前置角。

24、所述采用二階bezier曲線生成飛行器與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程為：

25、二階bezier曲線由兩個(gè)端點(diǎn)和一個(gè)控制點(diǎn)q(xq,yq)確定：

26、

27、其中，(x,y)表示bezier曲線上的點(diǎn)的位置，表示端點(diǎn)e1的位置，表示端點(diǎn)e2的位置，(xq,yq)表示控制點(diǎn)q的位置，τ取值位于區(qū)間[0,1]的曲線參數(shù)；

28、將相對(duì)初始位置o(0,0)視為端點(diǎn)e1、相對(duì)目標(biāo)位置tr(xt-xm,yt-ym)視為端點(diǎn)e2，初始相對(duì)航跡角為θ0，期望的攻擊角度為θf(wàn)，則滿(mǎn)足約束的控制點(diǎn)為：

29、

30、yq＝xq·tanθ0

31、其中，(xm,ym)表示原坐標(biāo)系中飛行器的初始位置，(xt,yt)表示原坐標(biāo)系中目標(biāo)的初始位置。

32、飛行器沿著該相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡從端點(diǎn)e1至端點(diǎn)e2，而端點(diǎn)e2為相對(duì)目標(biāo)位置，即飛行器最終飛至目標(biāo)位置，能夠滿(mǎn)足脫靶量約束；而控制點(diǎn)q是根據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)位置、初始角度和期望的攻擊角度求解的，因此基于該控制點(diǎn)生成的飛行軌跡能夠滿(mǎn)足脫靶量和角度約束。

33、使用plos跟蹤算法獲取相對(duì)制導(dǎo)指令的過(guò)程為：

34、初始化：飛行器在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置記為i＝(xi,yi)，當(dāng)前相對(duì)航跡角記為θ，位于飛行器前方的最近參考軌跡點(diǎn)記為wi＝(xi,yi)，位于飛行器后方的最近參考軌跡點(diǎn)記為wi+1＝(xi+1,yi+1)，設(shè)置比例增益k1、k2的初始值；

35、計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻期望的相對(duì)航跡角

36、計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻軌跡跟蹤誤差

37、計(jì)算相對(duì)制導(dǎo)指令ar＝(k1(θd-θ)+k2d)·vr。

38、根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系：計(jì)算飛行器的制導(dǎo)指令為：

39、

40、一種電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述處理器用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如所述數(shù)據(jù)遷移針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法的步驟。

41、一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如所述數(shù)據(jù)遷移針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法的步驟。

42、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)所述數(shù)據(jù)遷移針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法。

43、有益效果

44、本發(fā)明提出的一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，首先根據(jù)飛行器和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將常速追蹤機(jī)動(dòng)目標(biāo)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為變速追蹤靜止目標(biāo)的問(wèn)題，后在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中采用二階bezier曲線生成飛行器與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，并使用軌跡跟蹤算法獲取相對(duì)制導(dǎo)指令，通過(guò)飛行器加速度、目標(biāo)加速度與相對(duì)加速度之間的關(guān)系，求解飛行器的制導(dǎo)指令，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束制導(dǎo)。

技術(shù)特征：

1.一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于：所述飛行器和目標(biāo)在原坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于：所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于：所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于：所述采用二階bezier曲線生成飛行器與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于：飛行器沿著該相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡從端點(diǎn)e1至端點(diǎn)e2，而端點(diǎn)e2為相對(duì)目標(biāo)位置，即飛行器最終飛至目標(biāo)位置，能夠滿(mǎn)足脫靶量約束；而控制點(diǎn)q是根據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)位置、初始角度和期望的攻擊角度求解的，因此基于該控制點(diǎn)生成的飛行軌跡能夠滿(mǎn)足脫靶量和角度約束。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，其特征在于：使用plos跟蹤算法獲取相對(duì)制導(dǎo)指令的過(guò)程為：

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述處理器用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述數(shù)據(jù)遷移針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法的步驟。

9.一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述數(shù)據(jù)遷移針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述數(shù)據(jù)遷移針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束幾何制導(dǎo)方法，首先根據(jù)飛行器和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將常速追蹤機(jī)動(dòng)目標(biāo)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為變速追蹤靜止目標(biāo)的問(wèn)題，后在相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中采用二階Bezier曲線生成飛行器與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，并使用軌跡跟蹤算法獲取相對(duì)制導(dǎo)指令，通過(guò)飛行器加速度、目標(biāo)加速度與相對(duì)加速度之間的關(guān)系，求解飛行器的制導(dǎo)指令，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的角度約束制導(dǎo)。

技術(shù)研發(fā)人員：閆星輝,唐羽中,任仕卿,徐雨蕾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19