[发明专利]一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于视觉传感的仿生分段复合末制导方法，其特征在于：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；vm和vt分别为飞行器和目标的速度；θm和θt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ηt和视差角ηm表示为：若目标前置角的绝对值|ηt|大于等于90°，则飞行器当前处于迎击目标状态，|ηt|小于90°，则飞行器当前处于尾追目标状态；第二步：初段制导律设计；制导律初段的功能是使飞行器由迎击转为尾追的运动状态，并且在此过程中要尽可能让目标保持在视觉传感器的视场中，因此运用滑模原理设计利李雅普洛夫函数为：对式(3)进行求导得：在式(4)中令：其中k＞0，k为制导系数，又有η_m＝q‑θ_m，其中a_m为飞行器法向加速度，式(5)经过变换得到：此时则得到初段制导律为：其中g为重力加速度；第三步：基于“运动伪装”的末段制导律设计；设计末段制导律时，采用焦点位于无限远时的“运动伪装”仿生制导律；M为微小型飞行器，并且初始位于M0；T为目标，并且初始位于T0；q0为初始弹目视线角；M0T0为伪装线，于是飞行器偏离伪装线的程度用直线MT和伪装线的夹角表示为：er＝q‑q0   (9)其中，er为误差角；设计焦点位于无限远的运动伪装追踪律就相当于设计闭环的控制律，通过控制飞行器速度方向，使得误差角er趋于0；选用PID控制律，即：其中Kp，Ki，Kd分别为PID的比例参数、积分参数和微分参数；t为制导时间，则基于“运动伪装”的末段仿生制导律ny2为：第四步：过渡段制导律设计；初末段制导之间的过渡制导段主要考虑两个方面的问题，一个是交接班时机的选取，而另一个是交接律的设计；1)交接班时机的选取；交接班时机的选取需要考虑视觉传感器目标探测视场的约束；初段制导时由于采用控制目标视差角的滑模制导律，目标视差角ηm很小，而末段制导时，采用了焦点位于无限远的运动伪装仿生制导律，此时视线角速率会收敛至0，于是由式(1)得到末段制导时视差角ηm为：即目标视差角与目标的前置角有关，目标前置角越小，制导末段的目标视差角越小；若飞行器视觉传感器视场范围为则需要使飞行器在目标前置角绝对值小于时进行初末段制导之间的交接，以保证目标始终处于飞行器视觉传感器的视场内；其中ηtmax为允许目标最大前置角；2)交接律设计；交接律的设计主要是为了实现飞行器弹道的平滑过渡，从而避免两种不同制导律在切换时出现的过载剧烈跳变的问题；采用二阶平滑交接律，设计过渡段制导律为初段制导律ny1(t)和末段制导律ny2(t)的加权和：其中，飞行器进入过渡段时间t₀为过渡段开始时刻，为过渡段的过载，即交接律；为平滑算子，平滑算子设计为：其中，tgd为过渡段总耗时；通过步骤二的初段制导律ny1、步骤三的末段制导律ny2和步骤四的交接律nygd就能够实现本发明的仿生分段复合末制导方法。