[发明专利]一种基于组合系统的无人机环绕地面目标制导方法

说明书

本发明公开了一种基于组合系统的无人机环绕地面目标制导方法，该方法将环绕和协同这两个过程看作一种由两个子系统构成的互联系统，环绕与协同既考虑独立的部分也有相互耦合的部分，设计了一种只需要获得每架无人机局部信息和其邻机信息的新型制导算法，实现了多无人机圆形编队对地面目标的协同环绕，同时对由两个子系统构成的互联系统进行稳定性分析。相比于将环绕和协同完全分离成两个过程的传统设计方法，本发明从物理角度将环绕和协同看作相互既独立又耦合的互联的两个子系统，在由这种方法设计出的制导算法作用下，整个闭环系统是全局指数稳定的。

技术领域

本发明涉及一种基于组合系统的无人机环绕地面目标制导方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

在无人机协同环绕地面目标制导问题的研究中，将环绕过程和协同过程完全分开进行分析是现存的主流研究方法。其中环绕任务由控制角速度输入完成，协同任务由控制线速度输入完成，此种无人机协同环绕地面目标的分析方法在国内外已存在广泛的应用和认可。然而从物理的角度分析，由控制飞机滚转角来控制角速度是会对环绕半径产生影响的，从而影响协同过程的线速度控制，所以有必要考虑环绕过程对协同过程产生的影响；同样地，线速度的控制也会对环绕过程产生影响，即环绕和协同两个过程不是完全独立的，而是既具有其各自独立的部分，也有耦合的互联部分。另一方面，多数无人机制导方法需要系统配备GPS，以精确得知每架无人机位置信息；少数方法只需每架无人机相对信息，例如速度、距离和视线角等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于组合系统的无人机环绕地面目标制导方法，将环绕和协同这两个过程看作一种由两个子系统构成的互联系统，设计了新的制导算法，并分析出在该制导算法下闭环系统是指数稳定的，从而以互联系统的视角和方法完成无人机协同环绕地面目标。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于组合系统的无人机环绕地面目标制导方法，包括如下步骤：

步骤1，构建无人机在直角坐标下的运动学模型，将直角坐标系下的运动学模型转换为极坐标系下包含协同项的耦合模型；

步骤2，根据包含协同项的耦合模型设计无人机环绕地面目标制导算法，根据制导算法求得的线速度和角速度对无人机进行协同制导；所述制导算法的公式为：

其中，v_i和ω_i分别为第i架无人机的线速度和角速度，ρ_i(t)为第i架无人机与目标之间的距离，ρ_d为给定环绕半径，χ_i(t)为第i架无人机飞行方向与目标之间的夹角，v_i-1为第i-1架无人机的线速度，r_i,i-1(t)为第i架无人机与第i-1架无人机之间的距离，N为无人机编队总架数，k₁、k₂为制导增益，k₁1，k₂0，t表示时间。

作为本发明的一种优选方案，步骤1所述包含协同项的耦合模型为：

其中，ρ_i(t)为第i架无人机与目标之间的距离，v_i和ω_i分别为第i架无人机的线速度和角速度，χ_i(t)为第i架无人机飞行方向与目标之间的夹角，r_i,i-1(t)为第i架无人机与第i-1架无人机之间的距离，ψ_i,i-1(t)为第i架无人机与第i-1架无人机之间的相位差，t表示时间。

作为本发明的一种优选方案，步骤2所述无人机环绕地面目标制导算法的稳定性分析方法如下：