[发明专利]一种无人机编队非线性协同导引方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种无人机编队非线性协同导引方法、装置及存储介质，该方法包括：利用有限时间干扰观测器计算目标观测估计值；基于所述观测估计值，利用视线法向协同制导律计算视线法向参数以及利用视线切向协同制导律计算视线切向参数；以及基于所述视线法向参数、视线切向参数以及无人机编队与目标之间的相对运动参数生成无人机过载指令。本发明通过有限时间干扰观测器来观测目标的未知机动，并基于有限时间一致理论分别设计了沿视线方向和沿视线法向的制导律，同时考虑了碰撞时间约束和瞄准角约束。此外，通过非线性稳定性分析，避免了反馈线性化引起的数值奇异。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术领域，尤其是涉及一种无人机编队非线性协同导引方法及装置。

背景技术

在过去的十年中，协同制导因其在提高防御突防率和机动目标拦截方面的有效性而受到了极大的关注。具有良好协同的多架无人机通过多个方向同时攻击目标，能够显著提高效率。此外，针对机动目标进行协同拦截，能够对目标形成多方向包围的态势，显著提升了目标逃逸的成本。

协同制导律在功能上可分为碰撞角协同和碰撞时间协同。在最初的研究中，没有考虑协同无人机之间的信息交换，协同攻击是通过预先设定命中角度以及命中时间来实现，其局限性在于很难设定合理的预定值，如果命中时间及命中角度设计不合理有可能增加能量消耗，甚至导致制导失败。

目前，研究主要集中在协同引导方面，将剩余飞行时间和碰撞角作为协调变量，基于一致性理论，利用局部通信建立了分布式协同制导律。然而，现有机动目标协同制导存在以下问题：

(1)目标机动估计问题；部分研究成果需要知道目标的加速度，而在工程实践中很难准确得到。或者一些研究假定目标加速度是恒定的或缓慢变化，而事实上大多数情况下并非如此。

(2)协同制导律的需用切向加速度指令过大问题；部分研究采用反馈线性化的方法，然而这会导致制导末端切向角速度指令奇异。此外，部分研究需要无人机-目标距离及距离变化率都实现一致，从而带来更大的能量消耗。

发明内容

根据本发明的第1方面，公开了一种无人机编队协同导引方法，包括：

利用有限时间干扰观测器计算目标观测估计值；

基于所述观测估计值，利用视线法向协同制导律计算视线法向参数以及利用视线切向协同制导律计算视线切向参数；以及

基于所述视线法向参数、视线切向参数以及无人机编队与目标之间的相对运动参数生成无人机过载指令。

根据本发明的第2方面，公开了一种无人机编队协同导引装置，包括：

存储单元，用于存储协同导引模型以及协同制导律；其中，所述协同制导律包括视线法向协同制导律及视线切向协同制导律；

获取单元，用于获取无人机编队与目标之间的几何关系，所述几何关系由无人机编队与目标之间的相对运动参数表示；

有限时间干扰观测器，用于计算目标观测估计值；

计算单元，用于基于所述观测估计值，利用视线法向协同制导律计算视线法向参数以及利用视线切向协同制导律计算视线切向参数；

指令生成单元，基于所述视线法向参数、视线切向参数以及无人机编队与目标之间的相对运动参数生成无人机过载指令。

在一些示例中，所述有限时间干扰观测器为：

其中，分别为w_ri,w_qi的估计值，V_T表示目标的轴向速度，η_Ti表示目标的前置角，θ_T表示目标飞行轨迹角，分别表示观测器的观测误差。