三维事件触发协同制导方法

技术领域

本发明涉及飞行器控制领域，具体而言，涉及一种三维事件触发协同制导方法。

背景技术

近来，因为导弹的多层防御体系日趋完善，目标机动性增强，利用传统单发导弹突防目标的难度越来越大。在这种情况下，协同制导的概念被提出作为加强导弹突防能力的有效对策。除了实现较小甚至零脱靶距离外，还需要协同制导律满足时间和空间维度的约束，以提高多导弹的杀伤力。

时间协同制导是指多枚导弹同时攻击目标，可以通过两种方式实现。第一种方法称为撞击时间控制制导(ITCG)，它要求所有导弹在预先指定的共同撞击时间攻击目标。然而，对于处于不同初始条件的多枚导弹，很难提前分配合适的共同撞击时间。在第二种方法中，多枚导弹协调它们的发射时间以达成共识，以通过通信拓扑实现同时攻击。此时，时间估计的显式表达被用于时间协同制导，然而，由于较大的初始航向误差，精确估计剩余时间具有挑战性，未知目标机动和外部干扰将降低协同制导的性能。

空间协同制导是指多枚导弹以不同的撞击角度攻击一个目标，以提高杀伤力。通过在交战前为每枚导弹指定所需的撞击角来实现具有撞击角约束的常规协同制导律，因此在未知目标机动和干扰等不确定性条件下，多枚导弹可能会频繁调整制导指令以达到并保持所需的撞击角度。因此，具有特定期望碰撞角的引导法则可能导致不必要的燃料消耗。

更重要的是，多导弹系统是一个网络框架，它需要有限的资源，例如机动能量、计算能力和处理器内存。现有协同制导规律要求以周期性发送的输入信号不断更新协同制导指令，称为时间触发制导，即使协调变量没有显着变化，引导命令的高更新频率也会浪费计算资源。因此，时间触发的引导可能需要控制器到执行器通道中的繁重计算负担和传输负载。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三维事件触发协同制导方法，以解决现有技术中频繁更新制导命令造成资源浪费的技术问题。

本发明提供了一种三维事件触发协同制导方法，包括以下步骤：构建第一方向的协同制导命令和第一触发机制，根据第一触发机制更新第一方向的协同制导命令；构建第二方向的协同制导命令和第二触发机制，根据第二触发机制更新第二方向的协同制导命令；构建第三方向的协同制导命令和第三触发机制，根据第三触发机制更新第三方向的协同制导命令；第一方向的协同制导命令和第二方向的协同制导命令控制多枚导弹以期望相对碰撞角度攻击，第三方向的协同制导命令控制多枚导弹实现同时攻击，第一方向、第二方向和第三方向中的任意两个方向互相垂直，第一触发机制、第二触发机制和第三触发机制中的至少一个为事件触发。

进一步地，第一方向为沿视线高低方向，第二方向为沿视线方位方向，第三方向为沿视线方向。

进一步地，构建第一方向的协同制导命令具体包括：构建第一方向相对视线角的一致性误差；构建第一方向角速率的一致性误差；根据第一方向相对视线角的一致性误差构建第一方向角速率的跟踪误差；根据第一方向相对视线角的一致性误差、第一方向角速率的一致性误差和第一方向角速率的跟踪误差构建第一方向的协同制导命令。

进一步地，构建第二方向的协同制导命令具体包括：构建第二方向相对视线角的一致性误差；构建第二方向角速率的一致性误差；根据第二方向相对视线角的一致性误差构建第二方向角速率的跟踪误差；根据第二方向相对视线角的一致性误差、第二方向角速率的一致性误差和第二方向角速率的跟踪误差构建第二方向的协同制导命令。

进一步地，构建第三方向的协同制导命令具体包括：构建剩余飞行距离的一致性误差；构建径向相对速度的一致性误差；根据剩余飞行距离的一致性误差和径向相对速度的一致性误差设计第三方向的协同制导命令。

进一步地，第一方向的协同制导命令

其中，a

进一步地，第二方向的协同制导命令

其中，a

进一步地，第三方向的协同制导命令

其中，a

进一步地，第一触发机制

其中，

其中，Θ

进一步地，第二触发机制

其中，

其中，Θ

进一步地，第三触发机制

其中，/>

其中，Θ

本发明的优点及有益效果在于：

应用本发明的技术方案所提出的三维事件触发协同制导方法，考虑到时间和空间维度的约束，并非在发射前为每枚导弹指定特定的撞击角度，仅预先指定了所需的相对碰撞角以实现空间协同制导，同时，采用事件触发方式，使得协同制导命令在触发条件满足之前不会更新并保持不变，可以大大降低制导命令的更新频率，从而减少资源消耗，同时保证良好的制导性能。

附图说明

图1为根据本发明的具体实施例提供的三维事件触发协同制导的示意图。

图2为根据本发明的具体实施例提供的事件触发示意图。

图3为根据本发明的具体实施例提供的事件触发制导模式下攻击机动目标的四枚导弹的弹道示意图。

图4为根据本发明的具体实施例提供的沿视线方向制导率触发次数的对比图。

图5为根据本发明的具体实施例提供的沿视线高低方向制导率触发次数的对比图。

图6为根据本发明的具体实施例提供的沿视线方位方向制导率触发次数的对比图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

步骤S1,构建第一方向的协同制导命令和第一触发机制，根据第一触发机制更新第一方向的协同制导命令，具体包括：

步骤S101，构建第一方向相对视线角的一致性误差。

步骤S102，构建第一方向角速率的一致性误差；

步骤S103，根据第一方向相对视线角的一致性误差构建第一方向角速率的跟踪误差；

步骤S104，根据所述第一方向相对视线角的一致性误差、第一方向角速率的一致性误差和第一方向角速率的跟踪误差构建第一方向的协同制导命令

其中，a

构建第一触发机制，根据第一触发机制更新第一方向的协同制导命令，

其中，

其中，Θ

根据本发明的一个具体实施例，第一方向为沿视线高低方向，沿视线高低方向相对视线角的一致性误差

应用此种配置方式，通过构建沿视线高低方向的协同制导命令，仅利用沿视线高低方向相对视线角的一致误差作为协调变量来实现沿视线高低方向空间协同制导，实现多枚导弹在沿视线高低方向以期望相对碰撞角进行协同攻击，避免为在沿视线高低方向保持恒定的期望碰撞角而不断进行机动，从而减少燃油消耗。通过在沿视线高低方向采用事件触发机制，事件触发式协作制导在触发条件满足之前不会更新并保持不变，能够减少沿视线高低方向协同制导命令的更新频率，节省多导弹系统有限的资源，同时能够确保快速收敛速度，保证良好的制导性能。

为在第二方向上实现多枚导弹以期望相对碰撞角进行协同攻击，在步骤S1构建第一方向的协同制导命令和第一触发机制后，进入步骤S2，构建第二方向的协同制导命令和第二触发机制，具体包括：

步骤S201，构建第二方向相对视线角的一致性误差；

步骤S202，构建第二方向角速率的一致性误差；

步骤S203，根据第二方向相对视线角的一致性误差构建第二方向角速率的跟踪误差；根据第二方向相对视线角的一致性误差、第二方向角速率的一致性误差和第二方向角速率的跟踪误差构建第二方向的协同制导命令

其中，a

步骤S204，构建第二触发机制，根据第二触发机制更新第二方向的协同制导命令，第二触发机制

其中，Θ

根据本发明的一个具体实施例，第二方向为沿视线方位方向，沿视线方位方向相对视线角的一致性误差

和沿视线方位方向角速率的跟踪误差

应用此种配置方式，通过构建沿视线方位方向的协同制导命令，仅利用沿视线方位方向相对视线角的一致误差作为协调变量来实现沿视线方位方向空间协同制导，实现多枚导弹在沿视线方位方向以期望相对碰撞角进行协同攻击，避免为在沿视线方位方向保持恒定的期望碰撞角而不断进行机动，从而减少燃油消耗。通过在沿视线方位方向采用事件触发机制，事件触发式协作制导在触发条件满足之前不会更新并保持不变，能够减少沿视线方位方向协同制导命令的更新频率，节省多导弹系统有限的资源，同时能够确保快速收敛速度，保证良好的制导性能。

通过步骤1和步骤2，本发明预先指定导弹之间实现空间协同制导所需的相对撞击角。由于在某些干扰(如未知目标机动和模型不确定性)下，对目标的相对撞击角很少会发生很大变化，实际上没有必要为多导弹系统不断机动以保持恒定的所需撞击角度。因此，本发明协同制导规律将更加灵活，可以降低油耗。在某些干扰(如未知目标机动和模型不确定性)下，对目标的相对碰撞角很少会发生很大变化，因此可以放宽保持恒定期望碰撞角的要求，可以降低协同引导指令的调节频率，降低油耗，且更加灵活。

为实现多枚导弹在时间上进行协同攻击，在步骤S1和步骤S2实现以期望相对碰撞角攻击之后，进入步骤S3，构建沿视线方向的协同制导命令和沿视线方向的触发机制，具体包括：

步骤S301，构建剩余飞行距离的一致性误差。

步骤S302，构建径向相对速度的一致性误差。

步骤S303，根据剩余飞行距离的一致性误差和径向相对速度的一致性误差设计沿视线方向的协同制导命令，

其中，a

步骤S304，构建沿视线方向触发机制，根据沿视线方向触发机制更新沿视线方向的协同制导命令。

沿视线方向触发机制

其中，Θ

沿视线高低方向的协同制导命令和沿视线方位方向的协同制导命令控制多枚导弹以期望相对碰撞角度攻击，沿视线方向的协同制导命令控制多枚导弹实现同时攻击，沿视线高低方向、沿视线方位方向和沿视线方向中的任意两个方向互相垂直，沿视线高低方向触发机制、沿视线方位方向触发机制和沿视线方向触发机制为事件触发。

应用此种配置方式，设计了沿视线方向的事件触发鲁棒非线性协同制导命令，将剩余距离和沿视距的速度作为协调实现时间协同制导的变量，可以引导多枚导弹实现固定时间收敛的同时攻击，所采用的变量可以直接测量，避免由于剩余时间估计误差而导致精度下降，同时能够保持稳定性。采用事件触发方式，通过设计合适的触发机制，协同制导指令在触发条件满足之前不更新并保持不变，可以显着降低协同制导指令的更新频率，保证制导系统的稳定性。确保快速收敛速度，与不断更新的时间触发制导律相比，事件触发制导所需的计算量更少，从而降低了计算成本。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图6对本发明的一种事件触发的沿视线方向的同时攻击协同制导方法进行详细说明。

步骤S1,构建沿视线高低方向的协同制导命令和沿视线高低方向的触发机制，根据沿视线高低方向的触发机制更新沿视线高低方向的协同制导命令，具体包括：

步骤S101，构建沿视线高低方向的相对视线角的一致性误差

步骤S102，构建沿视线高低方向角速率的一致性误差

步骤S103，根据沿视线高低方向相对视线角的一致性误差构建沿视线高低方向角速率的跟踪误差

步骤S104，根据沿视线高低方向相对视线角的一致性误差、沿视线高低方向角速率的一致性误差和沿视线高低方向角速率的跟踪误差构建沿视线高低方向的协同制导命令

其中，a

构建沿视线高低方向触发机制，根据沿视线高低方向触发机制更新沿视线高低方向的协同制导命令，

其中，Θ

步骤S2，构建沿视线方位方向的协同制导命令和沿视线方位方向触发机制，具体包括：

步骤S201，构建沿视线方位方向相对视线角的一致性误差

步骤S202，构建沿视线方位方向角速率的一致性误差

步骤S203，根据沿视线方位方向相对视线角的一致性误差构建沿视线方位方向角速率的跟踪误差

根据沿视线方位方向相对视线角的一致性误差、沿视线方位方向角速率的一致性误差和沿视线方位方向角速率的跟踪误差构建沿视线方位方向的协同制导命令

其中，a

步骤S204，构建沿视线方位的触发机制，根据沿视线方位触发机制更新沿视线方位方向的协同制导命令，沿视线方位触发机制

其中，Θ

步骤S3，构建沿视线方向的协同制导命令和沿视线方向的触发机制，具体包括：

步骤S301，构建剩余飞行距离的一致性误差

步骤S302，构建径向相对速度的一致性误差

步骤S303，根据剩余飞行距离的一致性误差和径向相对速度的一致性误差设计沿视线方向的协同制导命令，

其中，a

为初始径向相对速度的平均值，p

步骤S304，构建沿视线方向触发机制，根据沿视线方向触发机制更新沿视线方向的协同制导命令。

沿视线方向触发机制

其中，Θ

如图1和图2所示，其中图2中的Ts为制导周期，本发明中，沿视线高低方向的协同制导命令和沿视线方位方向的协同制导命令控制多枚导弹以期望相对碰撞角度攻击，沿视线方向的协同制导命令控制多枚导弹实现同时攻击，沿视线高低方向、沿视线方位方向和沿视线方向中的任意两个方向互相垂直，沿视线高低方向触发机制、沿视线方位方向触发机制和沿视线方向触发机制为事件触发。

采用四枚导弹进行协同目标攻击，如图3所示，最终四枚导弹的脱靶量和攻击时刻达到一致，根据仿真结果，如图4至图6所示，其中TT为时间触发，ET为事件触发，M1、M2、M3、M4分别对应导弹1、导弹2、导弹3、导弹4，场景中导弹的飞行时间为13.766s，仿真步长选择为0.001s，因此时间触发制导的更新次数为13766。利用所提出的事件触发制导方案，可以减少触发次数超过65％至4800次(例如导弹4的沿视线方向触发次数)。对于导弹3的沿视线方位方向，甚至可以减少到只有40次数(大约是时间触发更新数量的0.3％)。由此可知，事件触发的协同制导方案可以大大降低制导指令的更新频率。

综上所述，本发明的三维事件触发协同制导方法提出一种具有相对碰撞角约束的三维事件触发固定时间协同制导律，能够提高考虑碰撞角约束的协同制导律的灵活性并减轻计算负担。通过制定沿视线方向和垂直于视线方向的制导律，在沿视线方向，将剩余距离和沿视距的速度作为协调实现时间制导的变量，避免由于剩余时间估计误差而导致精度下降，尤其适用于是面对机动目标。垂直于视线方向，不是为每枚导弹指定具体的期望碰撞角，而是仅利用相对碰撞角的一致误差作为协调变量来实现空间协同制导，以避免为保持恒定的期望碰撞角而不断进行机动，从而减少燃油消耗。采用事件触发机制减少协同制导命令的更新频率。为保证制导误差的收敛速度，采用固定时间控制理论，所提出的事件触发协同制导律具有良好的稳定性，同时能够确保在实施所提出的事件触发协同制导律时不存在Zeno行为(Zeno行为指在有限的时间间隔内触发了无限数量的事件)。数值模拟表明，本发明的制导律和触发机制实现了严格的同时攻击，并满足了相对碰撞角的约束，提出的具有相对碰撞角约束的事件触发协同制导律减轻了协同制导指令的计算负担，降低了油耗。