多飞行器协同作战关键技术研究综述

飞行器集群自主协同作战具有智能化、高效性、自决策、抗干扰等优势,是未来空战的重要发展方向。首先,分析了目前多飞行器协同作战关键技术的发展现状与趋势,多个飞行器以编队形式进行协调与配合,可有效提高命中概率和作战效能。其次,综述了多飞行器协同作战过程以编队控制、协同制导、协同估计为核心关键技术的主要研究成果和国内外的最新进展,概述了其发展历程。针对飞行器集群协同作战关键控制技术,分析梳理了相关的技术难点。最后,对飞行器自主集群协同控制相关技术进行了总结,并对未来人工智能技术应用于协同作战的发展方向进行了展望。     

临近空间高超声速飞行器协同制导控制总体技术研究

从未来技术发展体系化信息化的趋势出发,对临近空间高超声速飞行器自主协同的应用价值进行了分析研究。阐述了"高超声速飞行器自主编队"系统概念和发展现状,分析和梳理了飞行器自主协同作战中高超声速飞行器协同制导控制的核心技术,在此基础上对高超声速飞行器协同制导控制系统总体技术进行了论述,并从通信与决策系统和飞行控制系统等两方面分析了系统的关键技术,为高超声速飞行器自主编队系统的实现提供参考。     

带视场约束的多飞行器协同导引律

针对带有视场约束的多飞行器协同攻击静止目标问题,提出一种分布式协同导引律。通过速度坐标系下交战运动方程,将非线性运动模型转换为2阶智能体模型、相应的视场约束转换为智能体类速度约束。结合速度约束一致性协议设计了一种到达时间协同导引律,实现了带视场约束条件下的多飞行器协同攻击。研究结果表明：提出的导引律克服了传统协同导引律存在数值奇点的问题,协同过程不需要进行导引律的切换。通过数值仿真和对比研究验证了所提导引律的有效性,并在测量噪声与通信延迟存在的情况下依然具有稳定的制导性能。     

基于热响应特性的高速飞行器多约束轨迹优化

在高速飞行器轨迹设计中,以驻点热流和总加热量为表征的传统热约束形式未能真实反映飞行器的动态热响应过程,存在约束表征不合理和过约束的缺陷。针对该问题,在传统飞行力学研究范畴的基础上,通过热环境近似拟合和热响应方程形式变换,建立包含热响应模型的高速飞行器增广动力学模型。对增广动力学模型进行热响应特性测试,结果表明在满足多约束条件下,采用跳跃飞行模式相较于平衡飞行模式可显著降低高速飞行器的内壁温度。最后使用自适应Radau伪谱法对多约束条件下的内壁温度优化问题进行研究。结果表明,相较于最佳升阻比攻角平衡飞行方案,优化设计得到的跳跃轨迹可将内壁温度降低78.4 K（降低13.97%）,优化效果明显,实现预期目标。     

多弹协同末制导方法综述

多弹协同是导弹制导领域近年来重要的研究方向。本文基于任务需求、通信结构、约束条件等分类标准,对当前多弹协同末制导策略进行分类总结,对时间协同制导律、空间协同制导律、时空协同制导律的研究现状进行梳理,分析了现阶段协同制导面临的关键问题,如剩余飞行时间估计问题、机动目标协同拦截问题、闭环协同制导信息配准问题、闭环协同弹间通信问题等,提出了未来多弹协同末制导技术的4个研究方向：大机动目标协同拦截技术、面向真实场景的鲁棒协同制导技术、智能化自主化协同制导技术、协同作战并行交互式设计技术。     

网络化制导技术研究现状及发展趋势

网络化制导在协同作战方面显示了其潜力和优势。网络化制导技术主要包括基于多平台传感器网络信息的导弹制导技术和基于多导弹编队的网络化协同制导技术。本文重点论述了这两方面技术的发展现状,分析了单导弹的时空配准方法以及制导权移交策略和制导律切换方法等;对面向多导弹编队的网络化制导方法进行了描述,讨论了面向多飞行器网络化协同的时间一致性方法、空间一致性方法以及编队策略。分析了基于多飞机平台协同的单导弹以及多导弹编队的半主动制导和主动制导方法中存在的问题。最后,对未来网络化制导技术以及人工智能在网络化制导中的应用进行了展望。     

基于MPSP算法的高速飞行器上升段制导研究

针对高速飞行器的上升段制导问题,提出了一种基于模型预测静态规划(Model Predictive Static Programming,MPSP)算法的自适应制导方法,实现了在存在不确定情况下高速飞行器对期望末端状态的高精度制导。MPSP算法在求解带末端约束的两点边值问题方面具有高效性,能够实现飞行过程中制导指令的快速计算。此外,考虑到MPSP算法是一种依赖于模型的算法,而复杂多变的大气环境带来了气动参数的不确定性。采用带遗忘因子的递归最小二乘法(Recursive Least Squares,RLS)在线地估计综合升力系数和综合阻力系数偏差,对模型进行偏差修正,提供了制导方案的自适应性。仿真结果表明,该制导方案能较好地完成飞行任务。     

滑翔飞行器多投放条件下飞行性能优化

滑翔飞行器一般可在较大空域和速域范围内的多种条件下投放使用。为综合提升滑翔飞行器多投放条件下的射程,以飞行性能分析中的最大射程分析为核心,兼顾最大射程的制导控制系统设计实现问题,建立包含几何外形、气动、结构质量和飞行性能4个学科的多学科分析模型。前3个学科主要为飞行性能分析提供必要的数据支持;飞行性能学科模型则在控制系统、弹道和制导律设计基础上,采用弹道仿真进行最大射程分析。针对滑翔飞行器增程优化对满足约束的初始设计方案需求,以美国联合防区外武器为参考,设计了满足约束的初始方案。在此基础上,对初始方案进行多投放条件下飞行性能分析。结果表明：初始方案的飞行性能与联合防区外武器的实际能力接近;调用多学科分析模型用于增程优化中不同设计方案的评价,最终方案的综合射程得到一定提升。     

一种空间飞行器多飞行剖面下的最优配重方案确定方法

空间飞行器的横向质心偏差对于整个飞行任务中的制导、姿态控制以及分离都有着显著的影响,因此需要通过配重的方法对空间飞行器的横向质心进行控制。对于多飞行剖面的空间飞行器,适应所有飞行剖面的最优配重位置往往难以通过作图方法得到。因此提出了一种递进扫描的方法,可用于确定多飞行剖面下空间飞行器的最优配重方案,并对该方法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法能够快速有效地得到最优配重位置。     

吸气式高超声速飞行器控制研究综述

吸气式高超声速飞行器控制系统的任务是在飞行包线内通过发动机提供的推力改变飞行速度并利用气动舵面偏转调整飞行姿态,控制飞行器精确跟踪制导指令。通过探讨高超声速飞行器的动力学特性,从系统建模和控制策略研究两个方面对高超声速飞行器的控制系统设计研究现状进行了分析和阐述,所得结论可为相关研究提供借鉴与参考。     

多约束条件下导弹协同作战制导律

为了提高多枚导弹在多约束情况下的协同作战能力,在纯比例导引律的基础上,添加了与攻击角度、攻击时间约束相关的偏置量,形成了同时具有攻击角度和攻击时间约束的四维制导律.综合考虑导弹系统的动态特性、导弹自身的过载约束以及弹道的收敛性约束,采用自动控制原理和变系数比例导引律理论,对制导律的参数进行了设计,给出了取值方法.仿真结果表明:所设计的制导律能够使多枚导弹在满足过载约束的前提下,弹道前段弯曲末段收敛;实际攻击角与理想攻击角之差小于2°,实际攻击时间与理想攻击时间之差小于1s,可有效实现对目标的协同攻击.     

高速飞行器俯冲段制导控制一体化综述

本文从模型构建和方法设计两个方面对高速飞行器俯冲段制导控制一体化问题进行综述。首先,对俯冲段制导控制一体化模型构建进行总结,依据系统集成度提升程度的不同,分别对分通道制导控制一体化模型、全状态耦合高阶一体化模型,以及集成度提升低阶一体化模型构建进行了介绍,并对飞行器系统和设计模型特性进行了分析,指出了面临的主要设计问题。其次,针对俯冲段制导控制一体化设计难点,从快时变强不确定性鲁棒控制、高阶非匹配不确定性控制,以及考虑多约束控制方面对设计方法进行综述,总结并评述了国内外相关理论的发展现状和不足。最后,对俯冲段制导控制一体化的发展趋势进行了展望。     

多约束条件下的升力滑翔式再入轨迹优化

结合多约束再入飞行任务,以升力式再入飞行器为研究对象,给出完整的弹道优化模型,研究弹道优化数值解法,并采用高斯伪谱法进行求解计算,得到满足相应约束条件的再入飞行轨迹。仿真结果表明,高斯伪谱法能够求解此类多约束飞行轨迹优化设计问题,并具有较好的效果。     

再入飞行器高空机动飞行的最优制导律分析

研究了在降弧段进行高空机动的再入飞行器最优制导律。给出了一种新的飞行器运动数学模型和这一模型下的最优制导律以及再入飞行器发动机工作时间、过载系数和估算方法。解算结果表明，该模型和制导律可用于再入飞行器的高空机动飞行控制。     

多无人飞行器在线协同航迹规划技术综述

多飞行器协同作战是未来无人飞行器作战的重要趋势。在线协同航迹规划是实现协同作战的重要手段。系统地梳理了近年来多无人飞行器协同航迹规划领域的研究现状,从规划框架、协同规划模型、规划框架和优化方法等方面进行总结,归纳了现有协同航迹规划的主要手段,指出了其中存在的问题,并分析了未来协同航迹规划领域的发展趋势。     

通信长时间中断的分布式自主协同制导策略

针对通信长时间中断条件下的时空协同制导问题,提出了基于协调到达时间虚拟计算的自主协同制导策略,研究了飞行器单体的攻击时间与角度控制制导方法,构建了以剩余飞行时间为协调变量的分布式双层协同制导结构。在通信中断条件下,提出了无时间控制最优制导、定速控制、到达时间在线装订、协调时间拟合四种协同制导方法,实现了通信断开后等时抵达目标。对上述通信条件下协同制导进行仿真,验证了各类方法在不同飞行条件下的可行性,并针对关键的误差以及能耗指标进行了分析。结果表明,各类方法均能实现协同飞行,但其性能表现与使用场景各不相同,其中使用时间进行数据拟合的方法效果最优。     

基于T/S-SAS的多无人机四维协同攻击航线生成

针对多无人机攻击目标时间协同以及飞行航线空间协同问题,提出基于时间与空间双协同稀疏A^*搜索(T/S-SAS)算法的多无人机四维协同攻击航线生成算法。改进飞行扩展节点模型,设计基于并发扩展的算法结构,建立时间协同代价计算模型与多机防碰撞约束模型,并开展仿真研究。研究结果表明：所提算法能够增强无人机攻击航线的规划效率、减少不同无人机抵达目标的协同攻击时间极差、解决不同无人机之间的空间防碰撞问题;该算法使多无人机协同攻击航线满足时间/空间约束,提升了多无人机协同时间打击性能及飞行路线空间协同性能,提高无人机协同作战效率与作战能力。     

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。     

基于脉冲发动机特性的多弹协同制导律设计

针对攻击高速目标的多弹协同制导律设计问题,提出一种基于脉冲发动机工作特性的多弹协同制导律设计方法.首先,求解视线系下的弹-目相对运动方程;其次,在视线方向上采用有限时间一致性理论进行协同制导律设计,视线法向采用滑模变结构控制理论进行视线角度约束制导律设计;然后,对于视线方向上过载指令,考虑脉冲发动机工作特性,将视线系下的连续制导指令转换为离散制导指令,进而实现多弹协同制导;最后,通过数值仿真验证了所设计协同制导律的可行性和有效性.     

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。