一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法

技术领域

本发明属于飞行器多机协同航路规划技术领域，具体涉及一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法。

背景技术

激光制导是一种先进的制导技术，在实际应用中激光制导武器通常具有较高的命中率。激光制导的基本原理就是用激光器发射激光束照射目标，而装在弹体的激光接收装置接收目标反射的激光信号，计算出弹体偏离反射激光束的程度，不断调整飞行轨迹，使战斗部沿着反射激光前进，最终命中目标。目前，大多数激光照射装置安装于地面、车船或飞行器上。

基于激光制导武器的特点，一般的使用方法为在飞行器上安装激光照射装置，由该飞行器全部负责投放和照射两个环节，即本投本照。然而，在目前多智能体协同的背景下，为充分发挥飞行器的作战潜力，多机协同配合已成为今后的发展趋势，尤其是在某些特定环境下，由一架飞行器投放武器，另一架飞行器进行激光制导照射的作战模式往往具有更大的灵活性和机动性。

目前关于双机协同的相关研究大多为针对非激光制导的常规武器进行态势分析、目标分配、攻击航路规划等方面的研究，而关于双机协同激光制导照射的研究非常少。目前，有人驾驶的双机协同激光制导照射主要包含两种策略。第一种策略为一架飞行器在一定空域内盘旋，当另一架飞行器投放激光制导武器后，该飞行器朝目标飞行并进行激光制导照射。这种方式无法保证武器投放后，飞行器能在武器导引头开机时准时根据照射要求完成对目标的照射任务。第二种策略为伴飞模式，即两架飞行器在一定安全距离内并驾齐驱，一架飞行器投放武器后，另一架飞行器根据照射要求对目标发射激光。这种方式本质上与单架飞行器本投本照的作战方式类似，不利于发挥双机的机动能力。在实际使用场景中，各个飞行器的位置通常较为分散且携带有各自的任务，因此也不一定具有双机伴飞的条件。上述两种策略在完成激光制导照射过程中通常由驾驶员根据主观经验掌握双机配合的时机和路线，人为因素对作战效果影响较大。

对于激光制导武器这种时间精度要求较高、照射强度和角度要求严格的武器，人的主观经验往往无法满足协同作战的需求。因此，双机协同进行激光制导照射时，需要对投放和照射过程进行定量分析，才能保证双机协同的作战效果。负责照射任务的飞行器需要综合考虑激光制导照射时间、角度、距离等约束条件，制定一条简单可行的照射航路。此外，双机协同照射航路的计算方法需要充分考虑实际使用场景中可能出现的情况，制定一条可将多飞行器从分布式作战转为协同作战的双机协同航路。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决双机协同过程中各飞行器激光制导照射的协同占位问题与时间同步问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法，包括以下步骤：

步骤1，确定输入输出数据

输入数据为：(1)投放机：投放篮筐远界和近界位置经纬高、当前位置的经纬高和速度信息、攻击方案，其中投放篮筐远近界点的连线指向目标；(2)目标位置的经纬高；(3)照射机：当前位置的经纬高和速度信息；输出数据为：投放机和照射机飞行航线的关键航路点；

步骤2，确定使用的相关模型和参数定义

首先，使用的相关模型包括激光照射时间计算模型；其次，使用的基础坐标系为以目标为原点的北天东坐标系，此外，使用的地速坐标系则是将基础坐标系绕天向坐标轴旋转一定角度，使基础坐标系的北向坐标轴指向飞行器的地速方向，因此输入输出数据均需要进行坐标系转换；占位角θ定义为照射机的进入位置p

然后，确定投放机和照射机分别从当前位置飞到投放篮筐远界点和照射机进入位置p

步骤3，根据照射机上的激光发射器照射范围数据，采用分段多项式函数拟合的方法，建立激光发射器的照射范围约束模型α

步骤4，基于步骤1至步骤2建立照射机的进入位置计算模型；

步骤5，基于步骤1至步骤3建立照射机的Dubins路径和绕目标直线飞行照射路径的计算模型；

步骤6，确定搜索的各个维度及其搜索的边界值

照射机计算照射航路时需要进行航路搜索，因此搜索的维度包括照射机相对于投放机的配合方向inDir∈{-1,1}，照射机与目标的距离即机目距离dis

步骤7，在确定上述模型以及相关参数后，可由投放机计算本机从当前位置到投放篮筐远界点的Dubins路径以及按Dubins路径飞行所需要的时间t

步骤8，投放机根据攻击方案、目标位置、投放篮筐远近界位置等信息计算激光开关机时间t

步骤9，投放机将t

步骤10，照射机依次遍历搜索飞行路径。将投放篮筐远界点和目标的位置转换到基础坐标系中，然后按照照射机配合方向inDir、机目距离dis

(1)第一层搜索维度为inDir；首先确定照射机配合方向inDir的取值，然后按照从dis

(2)根据照射机的Dubins路径长度和速度，计算照射机从当前位置飞到p

(3)依次遍历dir和

步骤11，照射机输出协同照射的飞行航路；此时照射机在搜索过程中查找到了满足照射条件约束的照射航路，因此根据照射机从当前位置飞到p

优选地，步骤4中，假设在基础坐标系下，照射机相对于投放机的配合方向为inDir，inDir值为-1表示照射机在投放机右侧配合，inDir值为1表示照射机在投放机左侧配合，投放篮筐远界点为p

其中，dis

优选地，步骤5中，绕目标直线飞行照射路径具体飞行路线如下：假设飞行过程中匀速飞行，飞行器从起始位置p

假设照射机在地速坐标系中的起始位置为p

转弯结束点p

若t

若t

然后基于p

α

α≤α

r≤r_laser

约束关系中：根据目标的坐标、照射机在不同位置的坐标计算目标在照射机机体球坐标系中的实际方位角β、实际俯仰角α、机目距离r，然后根据β计算该方位角下，能照射到目标的最大俯仰角α

若满足所述约束，则将地速坐标系下的p

优选地，照射机的Dubins路径Dubins路径为最小转弯半径的限制下，平面内两个有方向的点之间的最短可行路径。

优选地，步骤7中，假设投放篮筐远界点与近界点的连线指向目标，将本机当前位置和投放篮筐远界点的经纬度转换到基础坐标系下，根据两点的坐标及其对应速度与方向，计算Dubins路径中的各航路点以及路径长度s

优选地，步骤8中，以p

t

t

本发明还提供了一种用于实现所述方法的系统。

本发明还提供了一种基于所述方法实现的飞行器多机协同航路规划方法。

(三)有益效果

本发明采用一个飞行器在投放篮筐内投放激光制导武器，另一个飞行器采用Dubins机动路径与绕目标直线运动相结合的飞行路线，以一定的占位，进行激光制导照射的双机协同策略，对激光照射器和飞行器的性能约束进行建模，确定各变量的搜索范围，通过对各变量进行遍历搜索，生成飞行器的激光照射航路。该方法结合使用过程中存在的各种约束条件，提供了一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法，建立了一种激光制导照射航路计算模型，解决了双机协同过程中各飞行器激光制导照射的协同占位问题与时间同步问题。

附图说明

图1是本发明一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法中双机协同配合策略示意图；

图2是本发明一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法中投放机计算流程图；

图3是本发明一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法中照射机计算流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供了一种基于双机协同背景下的飞行器激光制导照射方法，在双机协同的场景下，生成两条激光制导照射的协同航路，使一个飞行器从当前位置飞到指定位置投放激光制导武器，另一个飞行器以一定占位和飞行路线，配合激光制导武器进行激光制导照射，保证在投放激光制导武器之后，在激光制导武器的激光导引头开机时，飞行器(照射机)准时到达照射位置，使用激光照射器对目标进行持续照射，直至武器命中目标。

该方法确定了一种双机协同的激光制导照射策略，即一个飞行器作为投放机从当前位置飞向目标，在指定的投放篮筐内投放激光制导武器，另一个飞行器作为照射机以Dubins路径飞到投放机一侧，其进入位置p

参考图1至图3，其具体步骤包括：

步骤1，确定该方法的输入输出数据。该方法的输入数据为：(1)投放机：投放篮筐远界和近界位置经纬高、当前位置的经纬高和速度信息、攻击方案，其中投放篮筐远近界点的连线指向目标；(2)目标位置的经纬高；(3)照射机：当前位置的经纬高和速度信息；该方法的输出数据为：投放机和照射机飞行航线的关键航路点。

步骤2，确定该方法使用的相关模型和参数定义。

首先，该方法中使用的激光照射时间计算模型由第三方提供。

其次，该方法中使用的基础坐标系为以目标为原点的北天东坐标系，此外，使用的地速坐标系则是将基础坐标系绕天向坐标轴旋转一定角度，使基础坐标系的北向坐标轴指向飞行器的地速方向，因此该方法的输入输出数据均需要进行坐标系转换；占位角θ定义为照射机的进入位置p

然后，确定投放机和照射机分别从当前位置飞到投放篮筐远界点和照射机进入位置p

步骤3，根据照射机上的激光发射器照射范围数据，采用分段多项式函数拟合的方法，建立激光发射器的照射范围约束模型α

步骤4，建立照射机的进入位置计算模型。假设在基础坐标系下，照射机相对于投放机的配合方向为inDir(值为-1表示照射机在投放机右侧配合，值为1表示照射机在投放机左侧配合)，投放篮筐远界点为p

其中，dis

步骤5，建立照射机的Dubins路径和绕目标直线飞行照射路径的计算模型。Dubins路径为最小转弯半径的限制下，平面内两个有方向的点之间的最短可行路径。由于该路径计算方法较为成熟，此处不再赘述。

该方法中的绕目标直线飞行照射路径具体飞行路线如下：假设飞行过程中匀速飞行，飞行器从起始位置p

假设照射机在地速坐标系中的起始位置为p

转弯结束点p

若t

若t

然后基于p

α

α≤α

r≤r_laser

上述约束关系为：根据目标的坐标、照射机在不同位置的坐标计算目标在照射机机体球坐标系中的实际方位角β、实际俯仰角α、机目距离r，然后根据β计算该方位角下，能照射到目标的最大俯仰角α

若满足上述约束，则将地速坐标系下的p

步骤6，确定该方法搜索的各个维度及其搜索的边界值。该方法中照射机计算照射航路时需要进行航路搜索，因此搜索的维度包括照射机相对于投放机的配合方向inDir∈{-1,1}，照射机与目标的距离(即机目距离)dis

步骤7，在确定上述模型以及相关参数后，可由投放机计算本机从当前位置到投放篮筐远界点的Dubins路径以及时间t

步骤8，投放机根据攻击方案、目标位置、投放篮筐远近界位置等信息计算激光开关机时间t

t

t

步骤9，投放机将t

步骤10，照射机依次遍历搜索飞行路径。将投放篮筐远界点和目标的位置转换到基础坐标系中，然后按照照射机配合方向inDir、机目距离dis

(4)第一层搜索维度为inDir。首先确定照射机配合方向inDir的取值，然后按照从dis

(5)根据照射机的Dubins路径长度和速度，计算照射机从当前位置飞到p

(6)依次遍历dir和

步骤11，照射机输出协同照射的飞行航路。此时照射机在搜索过程中查找到了满足照射条件约束的照射航路，因此根据照射机从当前位置飞到p

可以看出，该方法的关键技术包含以下几方面：第一，该方法提供了一种简单实用的飞行器激光照射飞行路线的计算模型；第二，该方法提供了一种双机协同的激光制导照射配合策略，具有较好的实用性；第三，该方法充分考虑了双机协同过程中多个飞行器与武器之间互相配合的同步性和准时性，从而保证投放机投放武器后，照射机能准时给武器提供激光制导条件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。