[发明专利]基于输出一致性的多弹协同制导方法

说明书

技术领域

本发明属于制导技术领域，具体涉及基于输出一致性的多弹协同制导方法。

背景技术

随着导弹拦截系统的不断发展，依靠单弹突防、实现打击的战术逐渐受到限制。采用多枚导弹对同一目标实现饱和攻击，摧毁具有一定拦截能力目标的方法，已经成为了保证导弹战场生存能力、提高打击任务成功率的主要手段。从该思路出发，设计一种驱动多枚导弹同时命中目标的协同制导方法，对于突防技术的进步具有重要意义。

现有的保证同时打击的协同制导方法，存在以下问题有待解决：

1)单纯针对修正打击时间设计协同的制导方法难以保证精确命中目标，导引末端需要切换导引律以保证打击精度，而舍弃一定打击时间控制精度。此外，切换导引律导致系统复杂程度提高，出现非连续情况，不利于实施。

2)协同制导要求各导弹同时命中目标，而导弹速度大小难以通过舵面控制，因此对于距离目标较近的导弹，需要绕行机动，延长命中时间。此举易导致弹道过于弯曲，在制导律设计时若不考虑视场角限制，则难以保证导引头视场始终捕获目标。

3)由于导弹舵面偏转有限，导弹的法向加速度受到限制，导致导弹控制系统的输入具有饱和非线性。

4)针对单一导弹设计命中时间控制制导律，而后指定命中时间的协同制导方法，未将导弹群作为整体考虑，无法实现最优的整体表现。

综上所述，现有技术主要针对单一导弹设计命中时间控制制导律，而非将协同制导问题作为集群问题解决，且未考虑各种物理条件限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于输出一致性的多弹协同制导方法；本发明能够实现在法向过载及视场角受到限制情况下的最优协同制导。

实现本发明的具体实施方案如下：

基于输出一致性的多弹协同制导方法，具体步骤如下：

步骤一、给定各导弹法向加速度和视场角的约束条件；

步骤二、基于导弹和目标的相对运动关系，建立导弹状态依赖的线性模型，采用数值方法对所述导弹状态依赖的线性模型进行离散化，基于离散化后的导弹状态依赖的线性模型，根据设定的预测时域建立预测控制模型；

步骤三、基于预测控制模型和各导弹打击时间协同的要求，获得性能指标函数；

步骤四、基于二次规划形式，将性能指标函数和约束条件转化为二次规划标准型；

步骤五、基于当前时刻各导弹状态、二次规划标准型的各导弹法向加速度和视场角的约束条件和性能指标函数，获得多弹协同制导的优化模型，基于多弹协同制导的优化模型，利用凸优化方法，获得当前时刻各导弹的最优控制序列；

步骤六、从最优控制序列中选择各导弹的法向加速度并代入导弹状态依赖的线性模型，计算下一时刻的各导弹状态，按照步骤五的方式重复直至各导弹命中目标。

进一步地，其特征在于，步骤一具体实现过程如下：

定义编队中第i枚导弹的法向加速度约束条件为其中a⁽ⁱ⁾为第i枚导弹的法向加速度，为第i枚导弹的最大法向加速度；第i枚导弹的视场角的约束条件为σ⁽ⁱ⁾为第i枚导弹的速度前置角，为第i枚导弹的速度最大前置角。

进一步地，步骤二具体实现过程如下：

选取第i枚导弹的状态变量为第i枚导弹状态变量的变化率，第i枚导弹的控制变量u⁽ⁱ⁾＝a⁽ⁱ⁾，其中i,j＝1,...,N_v,i≠j，根据导弹和目标的相对运动关系，建立导弹状态依赖的线性模型：

其中a⁽ⁱ⁾表示第i枚导弹的法向加速度；A⁽ⁱ⁾为第i枚导弹的状态矩阵、B⁽ⁱ⁾为第 i枚导弹的输入矩阵、y⁽ⁱ⁾、和分别为第i枚导弹的一致性变量、视线角速度和视场角，分别为第i枚导弹的一致性变量、视线角速度和视场角的输出矩阵，分别为r⁽ⁱ⁾,λ⁽ⁱ⁾,σ⁽ⁱ⁾对应的赋予变量，其表示形式分别如下：

r⁽ⁱ⁾表示第i枚导弹的弹目距离，表示第i枚导弹的弹目相对速度，λ⁽ⁱ⁾表示第i 枚导弹的视线角，表示第i枚导弹的视线角速度，σ⁽ⁱ⁾为第i枚导弹的速度前置角，V表示导弹飞行速度，k_r和分别为弹目距离的权重和弹目相对速度的权重；