具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法及系统

本发明属于导航制导与控制，涉及一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法及系统。

背景技术：

1、协同制导是多导弹通过信息共享和分工合作，按照一定的控制策略共同完成攻击或防御任务的一种制导方式，是制导领域近年来重要的发展方向，也是未来自主作战的必然发展趋势制导武器对坦克、舰船等高防护等级目标精确打击时，制导系统除满足打击精度要求外，往往还需实现对目标的大落角/垂直侵彻打击，其本质上属于飞行器终端弹道角度约束问题，可通过设计终端角度约束的制导方法实现。如何在战斗部威力不变和末速度变化较小的前提下，增强毁伤效果、充分发挥制导武器打击效能显得尤为关键。

2、随着技术的发展，未来参与作战的飞行器将会变得更加智能化，机动策略也会更加复杂，面对这样先进的飞行器，单枚导弹命中概率低，攻击容易被截，多弹协同攻击是应对未来复杂的作战场景的有效方案。在拦截高机动目标问题中，领弹的拦截性能将直接影响制导系统的打击效果，而高机动目标的策略又难以准确估计。

3、现有的方法大都没有考虑实际过程中导弹在面对高机动目标中自身的过载能力和能耗约束均不是最优的，例如滑模控制和其他非最优的控制方法不是最优的，这可能会导致因能耗过大而过载不足拦截目标失败。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中面对高机动目标中自身的过载能力和能耗约束均不是最优的，导致因能耗过大而过载不足拦截目标失败的问题，提供一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，包括以下步骤：

4、构建多对一主从式协同拦截博弈对抗模型；

5、基于主从式协同拦截博弈对抗模型获取领弹的解析制导律；

6、基于主从式协同拦截博弈对抗模型，将领弹和从弹的剩余时间作为一致性共识变量，推导出从弹沿视线方向的制导律，并在从弹视线法线方向设计制导律，控制从弹的拦截角误差和视线角误差速率；

7、结合领弹的解析制导律、从弹沿视线方向的制导律和从弹沿视线方向的制导律完成对目标的同时打击。

8、本发明的进一步改进在于：

9、所述多对一主从式协同拦截博弈对抗模型为：

10、假设所有导弹均具有理想动力学，则导弹i和目标的相对运动学方程可描述为：

11、

12、

13、

14、

15、进一步的，通过对公式(1)和(2)进行求导，进一步将公式(3)和(4)代入，得到：

16、

17、其中，ri表示导弹与目标的相对距离；表示导弹的视线角；

18、

19、其中，uri,ωri,uqi,ωqi分别表示导弹i和目标在视线方向和法线方向上的制导策略。

20、所述计算领弹的解析制导律时，将过载约束、拦截角约束、脱靶量作为领弹和目标追逃的博弈性能指标。

21、所述领弹和目标的解析制导律为：

22、

23、

24、其中，z1(t)表示零控脱靶量的终端值；z2(t)表示零控拦截角的终端值；ql表示领弹的期望拦截角；nl,1,nl,2表示：领弹的导航增益nt,1,nt,2表示：目标的导航增益，表示：领弹的飞行剩余时间。

25、所述推导出从弹沿视线方向的制导律为：

26、

27、其中，状态变量x1i＝ri,表示视线方向目标机动带来的干扰。

28、所述在从弹视线法线方向设计制导律为：

29、

30、

31、其中，l5>0,l6>0,dqi＝ωqi/x1i可视为视线方向目标机动带来的干扰。

32、还包括设计固定时间干扰观测器，用于补充从弹重目标的机动信息：

33、

34、式中，可在有限时间内收敛到目标机动干扰的真实值dri。

35、一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律系统，包括：

36、对抗模型构建模块，用于构建多对一主从式协同拦截博弈对抗模型；

37、领弹制导律构建模块，用于基于主从式协同拦截博弈对抗模型获取领弹的解析制导律；

38、从弹制导律构建模块，用于基于主从式协同拦截博弈对抗模型，将从弹到达目标的剩余时间作为一致性共识变量，推导出从弹沿视线方向的制导律，并在从弹视线法线方向设计制导律，控制从弹的拦截角误差和视线角误差速率；

39、目标打击模块，用于结合领弹的解析制导律、从弹沿视线方向的制导律和从弹沿视线方向的制导律完成对目标的同时打击。

40、一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明任一项所述方法的步骤。

41、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项所述方法的步骤。

42、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

43、本发明公开了一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，在提出的多对一主从式协同拦截博弈对抗模型的基础上，对领弹和从弹的制导律进行独立设计，将领弹和目标视为追逃博弈问题，通过最优控制方法的计算，给出解析制导律，在设计从弹制导律时，将领弹和从弹的剩余时间作为一致性共识变量，推导出沿视线方向制导律，将其与领弹制导律配合，实现所有导弹在有限时间内同时命中目标，在拦截时间和拦截角度上对机动目标实现了全方位饱和式打击，使导弹在面对高机动目标中，自身的过载能力和能耗约束均达到最优，避免导弹因能耗过大而过载不足拦截目标失败，提高了目标拦截的精准性，为面向真实环境下协同拦截高机动目标提供了新的思路。

44、进一步的，本发明中，在从弹视线法线方向设计制导律，控制从弹的拦截角误差和视线角误差速率，使每枚导弹能够在有限时间内拦截角收敛到期望角度和视线角速率收敛到零，保证领弹和从弹均能期望角度同时命中目标。

技术特征：

1.一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，所述多对一主从式协同拦截博弈对抗模型为：

3.根据权利要求1所述的一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，所述计算领弹的解析制导律时，将过载约束、拦截角约束、脱靶量作为领弹和目标追逃的博弈性能指标。

4.根据权利要求3所述的一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，所述领弹和目标的解析制导律为：

5.根据权利要求1所述的一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，所述推导出从弹沿视线方向的制导律为：

6.根据权利要求1所述的一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，所述在从弹视线法线方向设计制导律为：

7.根据权利要求1所述的一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法，其特征在于，还包括设计固定时间干扰观测器，用于补充从弹重目标的机动信息：

8.一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律系统，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种具有拦截角约束的主从系统协同博弈制导律方法及系统，在建立的协同拦截博弈对抗模型的基础上,对领弹和从弹的制导律进行独立设计。首先，将领弹与目标建模为追逃博弈问题，基于最优控制方法，给出了解析制导律。然后，基于一致性理论和滑模控制，将剩余时间作为一致性共识变量，推导出沿视线方向制导律，实现所有导弹在有限时间内同时命中目标。最后，在视线法线方向，基于超螺旋滑模控制算法，通过控制拦截角误差和视线角速率，使每枚导弹能够以特定角度打击目标。本发明在面对高机动目标中，自身的过载能力和能耗约束均可达到最优，避免导弹因能耗过大而过载不足拦截目标失败，提高了目标拦截的精准性。技术研发人员：袁源,高群昌,袁欢欢,闵令通,闫星辉受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11