[发明专利]带有乘性噪声的导弹自主编队队形随机控制系统建模方法

说明书

本发明公开了一种带有乘性噪声的导弹自主编队队形随机控制系统建模方法，属于飞行器编队导航、制导与控制技术领域，具体来说是以导弹自主编队队形控制模型为研究对象，基于群集动力学协同控制系统模型与导弹自主编队的特性，通过对编队随机干扰的分析与建模，将随机因素引入到编队模型中去，给出了编队队形控制的随机系统模型。针对导弹自主编队队形随机模型的控制问题，采用估计器对系统状态进行估计，采用随机鲁棒分析与设计方法(SRAD)对队形随机模型的估计器和控制器进行优化设计，从而使控制器参数可以满足稳定性与性能要求。

技术领域

本发明属于飞行器编队导航、制导与控制技术领域，具体来说是带有乘性噪声的导弹自主编队队形随机控制系统建模方法。

背景技术

编队队形控制的主要研究内容包括：编队队形控制的数学模型、编队队形的控制策略与方法、编队的避碰与避障等。至今，现有文献对低速的、基于质点模型并且控制精度相对较高的机器人编队和无人机编队等的队形控制研究较多，而对高速的、基于多约束复杂模型并且控制精度相对较低的飞航导弹编队的队形控制研究较少；对任务环境友好、规模较小并且对测量精度和通信质量要求不高的疏松编队队形控制研究较多，而对任务环境复杂、规模较大并且对测量精度和通信质量要求较高的密集编队队形控制研究较少；对编队队形控制的确定性数学模型研究较多，而对更贴近于工程实际应用的编队队形控制随机系统模型研究较少；对编队队形控制的纯理论研究较多，而面向工程应用并通过试飞验证的编队队形控制技术，比如队形规模、密集度和基本能力评价、编队参数优化配置方法、编队冲突预测与协调方法研究较少；因此，需要在编队控制结构的基础上，针对导弹自主编队的特性以及任务环境，研究合适的导弹自主编队的队形控制结构、数学模型、控制方法等相关理论和技术，来使得导弹自主编队能够更好地遂行任务，提高效费比。

以导弹自主编队作为研究对象来建立数学模型，存在以下两个问题：

1)导弹自主编队对模型精度的要求高。

为了提高效费比，导弹自主编队队形控制的数学模型的精度需要跟编队的特性相匹配；特别是高动态的、扁平的、密集的、大规模的导弹自主编队更需要高精度的数学模型来描述编队成员之间的动态关系。否则，如果基于精度与编队特性不匹配的数学模型来设计编队参数，可能导致以下后果：①模型过高评价编队的特性，导致管理与决策系统给出编队无法完成的任务，进而导致任务失败；②模型过低评价编队的特性，导致管理与决策系统无法充分利用编队的性能来做出合理的战术安排，进而降低了编队的效费比。总之，导弹自主编队需要高精度的模型来充分挖掘其编队的边界性能，从而提高效费比。

2)导弹自主编队遂行任务中的随机因素对系统的影响不可忽略。

由于编队在大气环境中受到各种不能预先精确测定的力，以及各种不确定因素的影响(系统的测量随机干扰、网络诱导随机干扰和任务环境随机干扰等)，编队的相对运动模型往往是随机的。首先，这些干扰因素在实际工程中都是随机的，在各种互不显著的随机因素的综合作用下，都近似服从高斯分布，因此，用随机系统来描述编队模型是合理的。其次，这些随机干扰在导弹自主编队中是不可忽略的，并且越是高动态的、扁平的、密集的、大规模的编队，越不能忽略上述随机因素对系统的影响。否则，如果忽略上述干扰的随机性或者直接忽略上述随机干扰来对导弹自主编队进行数学建模，则设计出来的编队参数可能导致以下后果：①编队成员之间发生碰撞的概率增大，不利于编队的安全稳定；②实际编队中，编队队形无法按照预期进行收敛，即编队失败。

综上所述，导弹自主编队队形控制的数学模型需要用随机系统来建立，这样能够满足模型对精度的要求，能够对系统的随机干扰合理地进行描述，能够高置信度地指导工程实际。

发明内容

本发明为了对导弹自主编队系统的随机干扰合理地进行描述，从而建立高精度的模型来充分挖掘其编队的边界性能，提高效费比，以高置信度地指导工程实际；提出了一种带有乘性噪声的导弹自主编队队形随机控制系统建模方法。

具体步骤如下：