[发明专利]一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法

说明书

本发明涉及一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法，属于制导技术领域。本发明仿照蜻蜓追踪果蝇时的迎击转尾追的分段追踪策略，在制导初段运用控制目标视差角的滑模制导律来快速调整飞行器飞行方向，使飞行器快速进入尾追状态，制导末段则运用焦点位于无限远的运动伪装制导律导引飞行器追踪目标，初末段之间的过渡段则运用了二阶平滑交接律。本发明的末制导方法能使依靠视觉传感器探测目标的微小型飞行器在迎击拦截快速运动目标时，相比传统制导方法需用过载更小，目标更趋近于视觉探测器视场中心，保证目标在制导过程中难以逃逸出视觉探测器视场。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法，属于制导技术领域。

背景技术

美国生物学家在(Mischiati M,Lin H T,Herold P,et al.Internal modelsdirect dragonfly interception steering[J].Nature,2015,517(7534):333-338.)一文中用高速摄像机研究了蜻蜓捕食果蝇的追踪原理，并且指出蜻蜓在捕捉果蝇的过程中，不管初始状态如何，在追踪初段，蜻蜓都会调整自身飞行姿态，使自身快速进入尾追果蝇的状态，而在追踪末段，蜻蜓会运用一种名为“运动伪装”的追踪策略去追踪果蝇。“运动伪装”追踪策略是澳大利亚生物学家在(Srinivasan M V,Davey M.Strategies for activecamouflage of motion[J].Proceedings of the Royal Society of London B:Biological Sciences,1995,259(1354):19-25.)一文中所提出的飞行昆虫的一种隐蔽追踪策略,即飞行昆虫在追踪目标时为了隐蔽自身，会使自身一直飞行于焦点和目标的连线上，其中焦点可以选为有限远，也可以选为无限远。蜻蜓的以上追踪策略可以使蜻蜓在追踪目标的过程中，所需机动小，隐蔽性好，并且目标不易逃逸出自身视场。

微小型飞行器由于体积、重量和成本方面的限制，多采用与机体固连式的视觉传感器来作为其目标探测器，并且出于探测距离方面的考虑，视觉传感器的视场也会有所限制。另外，微小型飞行器飞行速度慢，很有可能与目标的移动速度接近，即出现速度比接近1的情况。在此情况下如果迎击追踪目标时直接采用传统导引律，由于相对速度较大会引起末段视线角速率过早发散，需用过载大，目标容易逃出探测器视场等问题。

之前申报的专利(CN201210405297.0)，发明名称为“一种基于昆虫视觉仿生的末制导方法”，公布了一种基于神经网络实现方式的仿生末制导方法，该方法仅针对了“运动伪装”焦点位于有限远的情况，并且没有涉及到视觉传感器的视场大小限制下的制导方法。

发明内容

本发明针对传统制导律在微小型飞行器迎击拦截与之速度相近的运动目标时，目标可能逃逸出探测器视场的问题，提供一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法。该方法在末制导初段运用控制目标视差角的滑模制导律来快速调整飞行器飞行方向，使飞行器快速进入尾追状态，制导末段则运用焦点位于无限远的运动伪装制导律追踪目标，初末段之间的过渡段则选用了一种二阶平滑交接律。

本发明是通过下述技术方案实现的。

一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法，包括以下步骤：

第一步：建立飞行器与目标的相对运动方程。

飞行器与目标的相对运动方程表示为：

其中，r为飞行器与目标之间的距离；v_m和v_t分别为飞行器和目标的速度；θ_m和θ_t分别为飞行器和目标的速度方向角；q为弹目视线角。

目标前置角η_t和视差角η_m表示为：