非持续连通通信拓扑下的多导弹协同制导

针对多导弹协同制导中由通信丢包及时延等引起的通信拓扑随机变化导致实际拓扑非连通甚至通信中断等问题,提出一种分布式协同制导方法。基于通信采样数据设计一种线性控制律,通过构造误差系统并使其稳定来保证导弹相关协调变量达到渐近一致状态;当导弹接近目标时,各导弹断开通信,独立导引至目标。理论分析表明,多导弹协同制导方法不对任意时刻的通信拓扑做出要求,即允许出现拓扑不连通甚至通信中断等情况。对所提通信条件下的多导弹协同制导问题进行了仿真,验证了该制导方法能够确保各导弹的遭遇时间在非持续连通通信拓扑下达到渐近一致。     

带有不同视场约束的多导弹分布式协同制导

针对带有不同视场约束的多导弹,提出一种分布式协同制导策略。各导弹以固定周期与网络中的邻居导弹节点交互剩余距离信息,生成一致性误差。根据导弹视场范围和前置角,采用饱和函数将一致性误差生成协同一致律,以确保相关变量实现状态一致。当导弹相关变量状态一致且接近目标后,各导弹断开通信连接,独立导引至目标。依据反馈线性化、图论和矩阵理论,给出协同制导律成立的充分条件。与传统多导弹协同制导研究相比,所提协同制导律能满足导弹各自不同的视场约束要求,且通信负担较小。仿真结果表明,多导弹协同制导实现了对目标的齐射攻击,飞行过程中各导弹能始终锁定目标。     

速度时变情况下多飞行器时间协同制导方法研究

针对无动力飞行器在速度时变情况下的同时攻击问题,提出基于非线性扩张状态观测器的分布式时间协同三维制导方法。定义飞行器的总前置角以推导简化的相对运动方程,并选取飞行器与目标的相对距离和接近速度为协调变量。考虑实际中飞行器速度时变的情况,把速度变化率建模误差及外界干扰作为扰动,弥补了已有方法对速度严格限制为常速的不足。为了估计系统扰动,设计非线性扩张状态观测器,并证明了带扰动估计的一致性控制协议可以保证多飞行器系统攻击时间的有界一致性。基于该控制协议的时间协同制导律由于在飞行器速度方向与视线方向之间始终存有夹角,当时间协同基本达成时切换成前置角有限时间收敛制导律,以保证最终的制导精度和攻击效果,两种制导律采用模糊逻辑规则平滑连接。通过仿真实验验证了所提制导方法的有效性以及优势。     

切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制

研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。     

多弹分布式时间协同非奇异制导方法

针对多枚导弹协同攻击地面静止目标问题,提出一种非奇异分布式协同末制导律.通过选取预估攻击时间作为一致性变量,将一致性算法与非奇异制导律相结合,避免了小角度假设和指定攻击时间所带来的局限性.基于李雅普诺夫稳定性理论对系统的一致性误差以及前置角给出闭环稳定性证明,从而证明所提出分布式协同制导律的有效性.仿真对比分析进一步验证了所提制导律在大初始前置角下的脱靶量相比于所对比的分布式制导律小了一个量级,说明了制导性能的有效性和优越性.     

不确定通信拓扑多智能体一致性容错控制问题研究

针对不确定通信拓扑的多智能体系统(multi-agent systems,MAS),研究带有外部有界能量干扰且任意智能体执行器可能存在故障的多智能体系统鲁棒H∞一致性容错控制问题。引入权重矩阵,通过线性变换,对多智能体系统的状态方程进行降阶,将通信拓扑不确定的多智能体系统一致性容错控制问题转变为鲁棒二次渐近稳定问题;利用Lyapunov稳定性理论及LMI方法,推导出满足各智能体状态信息渐近一致的充分条件,并给出一致性容错控制律的求解方法;通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明：该方法可确保不确定通信拓扑下故障MAS的稳定性,且具有一定的扰动抑制性。     

考虑导弹速度变化的攻击时间和攻击角度控制滑模制导律

为了解决导弹速度变化时对攻击时间和攻击角度的控制问题,提出了一种基于成型理论和非奇异终端滑模理论的攻击时间和攻击角度控制制导律,并证明了该制导律的Lyapunov稳定性。以弹目相对运动关系为基础,将导弹速度变化的制导律问题转化为导弹速度恒定的制导律问题。利用成型理论构造视线角多项式,通过数值方法计算其系数,得到了满足攻击时间和攻击角度约束的理想视线角表达式。基于非奇异终端滑模理论设计了导弹法向加速度,使导弹实际视线角按照理想视线角变化,实现了攻击时间和攻击角度控制。不同条件下的数值仿真结果验证了所设计制导律的有效性。     

带末端角度约束的多导弹协同制导律设计

为了实现饱和攻击与饱和防御,提出了一种针对机动目标的多导弹协同制导律。建立了视线坐标系下的弹目相对运动数学模型,设计了三阶扩张状态观测器,对目标机动加速度项和运动方程中的耦合项进行观测与跟踪。在导弹飞行前段,基于滑模变结构理论设计了攻击时间可控的多导弹时间协同制导律; 在导弹攻击末段,基于有限时间控制理论设计了满足终端角度约束的制导律,给出了导引律切换条件。仿真结果表明:该复合导引律能够使多枚导弹在满足攻击末端角度约束的条件下实现攻击时间协同; 该制导律采用完备的空空导弹轨迹控制系统进行仿真,能够满足实际工程应用的要求。     

一种适用于多弹联合攻击机动目标的协同制导策略

针对多枚采用被动导引头的导弹联合攻击机动目标的问题,基于多站无源定位技术与增强比例导引(APN)规律设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的协同制导策略。该制导策略根据被动测角信息建立多弹联合的目标跟踪模型,应用扩展卡尔曼滤波方法对目标的运动信息进行估计。在中制导阶段采用多智能体一致性控制理论设计了制导规律,沿垂直于领弹视线方向分布各从弹,满足三角定位中的测量基线要求。在末制导阶段设计了一种切换制导规律,使导弹工作在一致性制导模式与APN制导模式之间,充分利用目标机动信息进行攻击的同时尽量保持测量基线。仿真算例验证了所提出的制导规律能够利用多弹的测角信息准确估计目标运动,并利用该估计信息实现对机动目标的协同攻击。     

多防御弹主动防御系统协同一致拦截

针对目标-攻击弹-防御弹群（TAD）系统中防御弹群需协同目标进行主动防御并实现同时拦截攻击弹目标的问题，对TAD系统在二维平面下的协同主动防御模型进行了研究，并提出了包括虚拟领弹、目标以及防御弹群的两层协同制导策略，问题采用基于非线性模型预测控制（NMPC）的一致性协议算法进行求解。两层制导策略分别是第一层中的虚拟防御弹领弹协同目标进行主动防御并得到攻击弹位置信息，第二层是真实防御弹群针对确定位置的攻击弹采用基于模型预测控制的一致性算法，实现同时到达并拦截攻击弹。第一层协同制导主要考虑保护目标在安全范围内，以及目标和虚拟防御弹的加速度约束，第二层协同制导主要考虑防御弹群的加速度约束。两层制导均通过基于NMPC的方法优化，计算出目标和防御弹群的协同控制量。仿真结果表明，提出的多防御弹主动防御系统协同一致拦截制导算法能够实现TAD系统中目标和防御弹群的协同主动防御。     

高阶多智能体网络在固定和动态拓扑下的一致性分析

针对已有的一阶有向网络一致性分析结果在高阶网络的应用问题,从图论角度入手,给出了高阶多智能体网络一致性分析的新结果。通过模型变换,在一定条件下,将个体动态为高阶积分器模型的有向网络的系统矩阵变换为具有零行和的Metzler矩阵。由此采用图论、非负矩阵理论和控制理论工具,将一阶有向网络的一致性分析结果拓展到了高阶情况。针对固定拓扑,分别给出无领航和领航—跟随两种情况下的一致性条件及一致状态。并且证明动态拓扑情况下,在有限的拓扑切换时间间隔内,若有向图联合具有生成树,则整个闭环动态网络实现渐近一致。仿真实例和多车辆编队控制仿真验证了分析结果的正确性。     

具有时延及联合连通拓扑的多飞行器分布式协同编队飞行控制研究

针对具有简单动力学特性的多飞行器非线性系统模型,在系统存在通讯时延及网络拓扑为联合连通的情况下,提出一种基于一致性理论的分布式编队控制算法。利用Lyapunov-krasovskii函数分析具有时延的多飞行器编队系统稳定性,并以线性矩阵不等式(LMIs)的形式给出系统稳定的充分条件。通过仿真实例验证编队控制算法的有效性。研究结果表明：当通讯延迟、控制协议参数、网络拓扑等满足稳定性条件时,文中提出的编队控制算法能使多飞行器编队系统渐近收敛至期望的速度,并且形成预期的编队队形。     

带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律

为提高攻击时间控制制导律的鲁棒性和工程适应性,以弹目拦截几何关系为基础,采用滑模技术设计了一种带导引头视场角约束的无奇点攻击时间控制制导律。通过Lyapunov理论证明了该制导律的稳定性和收敛性。理论分析及仿真结果表明：当攻击时间误差变为0 s时,该制导律可演变成纯比例导引律,末端需用过载变化平缓、命中点处为0 g;所设计制导律可有效实现静止目标拦截、多导弹协同攻击等场合的攻击时间控制。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

有向切换拓扑条件下考虑暂态响应的多智能体H∞一致性控制

针对有向切换拓扑多智能体系统带领导者的一致性追踪问题,研究了H_∞一致性控制方法。通过带有领导者的Laplacian矩阵,将带领导者的一致性追踪问题转化成低维系统的稳定性问题,并给出满足暂态性能指标的充分条件;利用Lyapunov函数法并结合线性矩阵不等式方法,对系统进行了稳定性分析,得到了分布式控制器的设计方法和平均驻留时间条件。该设计方法能够使系统受到随机外部扰动时,系统状态以较小的振荡快速趋于一致,满足暂态响应性能指标。分别在考虑暂态响应、不考虑暂态响应和不受外部扰动3种条件下,对多无人机系统进行了仿真。结果表明,考虑暂态响应的H_∞一致性控制器能够使系统达成一致,比不考虑暂态响应所设计的控制器能更快地、更平稳地趋于一致,满足暂态性能指标。     

基于改进遗传算法的多弹协同攻击航路规划

针对多弹协同攻击航路规划问题,提出一种基于改进遗传算法的多弹协同航路规划方法。通过优化航路 种群初始化的方法,生成能够满足最大航路点个数约束以及最小航路段长度约束的航路;采用亚种群归类将航路区 分为不同的走向,得到多种攻击航路结果;利用进化算子对子代航路进行微调,生成更符合要求的多条航路,并对 多弹攻击航路进行仿真验证。结果表明,该算法可得出最优和多条次优航路,符合多弹协同作战的目的和要求。     

有界变化时滞和联合连通拓扑条件下的分布式无人机编队飞行控制策略

针对具有非线性动力学特性的多无人机系统通信时滞在有界区间内变化和网络拓扑联合连通情况下的编队控制问题,提出一种基于一致性理论的分布式编队控制策略。利用Lyapunov-Krasovskii函数分析编队的稳定性,推导编队稳定的充分条件。该策略不强调时滞的导数特征,并且可将通信拓扑的高维矩阵求解问题转化为若干个连通部分的低维矩阵求解问题,因此适用性广、计算量小、实时性好。通过仿真验证了非线性快变时滞和随机跳变时滞情况下策略的有效性。结果表明,该方法可指导无人机编队快速聚集和收敛至任意对称或非对称目标队形和以目标速度保持飞行。     

多导弹协同制导规律研究现状及展望

随着导弹作战样式的变革,多导弹协同制导规律受到越来越广泛的关注。本文系统地论述了多导弹协同制导规律的研究进展,指出了协同制导规律设计的难点问题,并对未来协同制导规律的研究方向进行了展望。其中着重论述了基于攻击时间和攻击角度控制的协同制导规律。可供从事导弹制导的科研人员对现有协同制导规律有一个全面的认识,以便于更深入地研究。     

面向能力评估的指挥信息系统本体模型向网络拓扑模型转化的方法

针对采用直接映射法进行指挥信息系统网络建模存在建模规范不统一的问题,在指挥信息系统规范化本 体模型的基础上,提出一种本体模型向网络拓扑模型转化的方法。通过解析规范化的本体模型得到建立网络模型所 需 3 个要素,构建网络拓扑模型,并对区域联合防空指挥信息系统实现本体模型到网络模型的转化,从网络模型的 时效性、协同性、抗毁性角度出发分别建立评估模型,以实现从整体结构层面对指挥信息系统的能力进行评估。结 果表明：该方法在解析数据的基础上实现了由指挥信息系统本体模型向网络拓扑模型的转化,可为其他本体模型的 按需解析提供参考。