多无人机协同运动的虚拟队形制导控制

针对多个无人机的协同运动问题,提出一种多无人机协同运动的虚拟队形制导控制方法。该方法采用跟随-领航者法,借鉴虚拟结构法的思路,首先,根据航路点数据和协同任务队形结构在线规划出虚拟队形期望航路,避免了虚拟结构法刚性结构的缺点;然后,设计非线性航路跟随制导律,导引无人机沿期望航路运动,完成对虚拟队形期望航路的跟踪;第三,基于Lyapunov稳定性理论设计了队形误差控制器,用来补偿由于航路机动带来的航迹切向队形误差;最后,综合制导律和队形误差控制器得到协同运动控制指令。仿真算例表明,该方法能有效实现多个无人机的协同运动。     

基于图Laplacian的多机编队目标跟踪方法

针对多无人机目标跟踪问题中存在的相位协同时间长和跟踪目标速度受限问题,基于图Laplacian方法提出一种分布式多机编队目标跟踪算法.首先,将无人机编队队形控制问题转换为基于旋转、缩放和平移的运动参数组设计问题,并通过设计编队控制律,实现动态编队队形的精准生成与变换.其次,将此编队队形控制方法应用到目标跟踪问题上,通过...     

基于OPNET的导弹自主飞行编队通信网络建模研究

针对导弹自主飞行编队协同制导与领航-跟随控制模式对嵌入式、自主式、高可靠、强实时性专用无线通信网络的需要,研究并提出了基于自组网的编队协同制导通信网络方案和节点体系结构,实现了一种主从网络路由协议和数据链路控制机制,建立了基于OPNET的仿真模型,并仿真验证了方案和协议的可行性.     

基于虚拟长机的无人机侦察编队控制方法

针对使用多无人机编队对周边区域实施协同侦察任务的协同控制问题,提出了以虚拟长机为编队航迹引导的分布式编队控制方法。该方法基于编队通信拓扑的分布性,以“相邻”无人机为参考估计长机状态,然后设计无人机编队的分布式线性化反馈控制器。仿真实验表明,在无人机编队沿阿基米德螺旋线实施侦察的过程中,该控制器能够使多无人机形成期望队形,并维持其稳定,同时减小编队队形误差,实现对侦察航迹的高精度跟踪。     

基于改进势场的无人机编队恢复与一致性仿真

针对多无人机编队防撞、编队恢复及位置和速度收敛一致性问题,提出以改进势场原理与一致性理论为基础的分布式协同编队控制算法。建立静态障碍物模型、无人机质点模型与二阶系统动态模型;定义含协调因子和通信权重的机间协调势场函数,实现防撞和队形恢复的控制目标;在基本一致性协议中引入编队中心参考向量、期望速度和速度镇定项,实现位置和速度的收敛一致性;结合改进的一致性协议与改进势场作用下的合加速度设计协同编队控制算法,并由Hamilton函数证明该算法的稳定收敛性。仿真结果表明：该方法可以实现防撞、队形恢复及位置与速度收敛一致的控制目标。     

无人机集群分组编队控制跟踪一体化设计

针对具有Lipschitz非线性动力学特性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群系统的分组编队跟踪控制问题,提出了一种基于一致性理论的分组编队协同控制方法。首先,建立分层双虚拟结构的协同控制框架,将多编队生成、保持以及组内组间协同变换等复杂编队任务作为控制目标,基于参数组的队形描述方法,在分层控制框架内分别设置轨迹导引UAV和基准UAV,并利用UAV之间的局部运动信息设计编队控制律,克服了采用现有多编队控制策略编队间难以协同的缺陷;其次,设计多编队控制和目标跟踪一体化控制策略,确保在多编队进行协同变换的同时实现对机动目标的精确协同跟踪;最后,仿真结果验证了所提的控制算法能够实现分组编队的跟踪控制。     

基于摄动的不稳定编队协同控制系统仿真

编队卫星构形精确保持是实现分布式卫星任务的关键技术。基于摄动对编队相对轨道构形的影响,针对卫星轨道半长轴有偏差的不稳定编队,设计了一种基于视线测量无主星编队的循环协同控制系统。编队中每一颗卫星跟踪自己轨道前方邻近卫星,产生一个视线测量矢量,编队的第一颗卫星追踪最后一颗卫星,产生循环编队,将编队卫星之间的视线距离作为反馈控制量来实现队形控制,文章给出了相对摄动力方程和控制系统的仿真算例,仿真结果表明,该循环协同控制系统能够实现队形控制的稳定性。     

多机空战协同制导决策方法

针对多机协同空战中需要将对中距空空导弹的中制导权移交给其他飞机的问题,提出制导优势的概念,用来表征编队内其他飞机对导弹协同制导的能力,从而为选择对导弹实施中制导的新平台提供辅助决策。在综合参战飞机双方角度、距离和速度等几何态势和飞机空战性能的基础上,探讨制导优势的计算方法。给出两种制导切换方式,分析了各自的优缺点。通过仿真实验,证明所提方法的可行性和有效性。     

编队干扰方案协同决策研究

为了解决在舰艇编队反导作战过程中考虑协同时的编队干扰作战方案动态优选问题,提出了基于协同的编队干扰方案决策方法.以协同理论为依据,定义了干扰方案之间的协同度,给出了协同度的求解方法,并与动态规划原理有机结合,找到了一种基于协同的多阶段多方案优化策略.将该方法应用于解决编队干扰方案协同决策的优化中,在给定的战术想定条件下,使用该方法得出了协同情况下的全程干扰效能指数,结论明确合理.     

用WSN建立数据链的主从弹协同作战模型

结合无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)技术特点,提出一种用WSN建立数据链的主从弹协同编队制导作战模型。论文给出了模型的组成,描述了模型中不同WSN节点的组网方式及网络拓扑,并描述了WSN网络建立及实现过程。推导了基于XX型号导弹的领弹〖CD*2〗攻击弹模式协同编队制导律,并在此基础上仿真分析了不同WSN网络时延对不同期望编队距离下协同编队制导误差收敛性的影响。仿真结果表明,不同编队期望距离具有不同的WSN网络时延容忍度,且期望编队距离越小,时延容忍度越大;在不同的期望编队距离下,编队误差收敛性都随着时延的增加而变差;在网络时延容忍度范围内,期望编队距离越大,完成预期编队队形的速度越快。对时延容忍范围的仿真与分析可为实际战术数据链设计提供一定指导意义。     

基于几何关系的多导弹协同跟踪算法

多武器平台同时探测、处理机动目标信息, 一定程度上可以提高目标的跟踪精度, 特别是对于多导弹协同作战而言, 协同跟踪目标即可以为作战系统提供全面的协同控制情报, 也可以为每枚导弹提供精确的制导信息.论文基于交互多模与几何关系思想, 设计了多导弹协同跟踪目标算法.首先,建立了目标运动学模型, 给出了多导弹和目标之间的几何关系,并以此为基础,建立了多导弹协同跟踪目标模型; 其次, 基于交互多模思想,将多导弹获取的目标信息进行交互, 通过协同滤波算法计算出目标滤波状态值;最后, 对协同滤波算法进行仿真验证.研究表明:相对于信息不共享的情况, 多导弹协同跟踪目标能够取得更好的跟踪效果, 对多导弹协同作战具有重要的参考意义.     

超视距多机协同多目标攻击系统研究

首先在BVR多机协同多目标攻击系统中使用了自主优先权和协同优先权,采取了分组决策的方案,然后用BP神经网络完成目标分配,SOFM神经网络完成攻击排序,采用神经网络实现了决策算法,并对整个决策系统进行了仿真;然后,在原始态势数据的基础上计算了导弹攻击区,用比例导引法实现了空空导弹攻击.最后设计了BVR多机协同多目标攻击系统,将空战决策,导弹攻击区判断,导弹攻击融为一体,并进行了仿真.结果验证了决策的正确性.本文工程背景强,所得的仿真结果可供工程设计时参考.     

网络化多传感器-多武器协同防空任务规划

针对网络化防空体系的多传感器-多武器协同任务规划问题, 考虑任务要求、装备性能、运用限制等约束, 构建多武器拦截与多传感器跟踪任务规划模型。前者以拦截时机、次数等为优化目标, 输出武器-目标配对以及对目标的拦截时段、跟踪时间要求; 后者以满足跟踪时间要求为目标, 输出传感器-目标配对和对目标的跟踪时段。设计了基于时段优选拼接和分支定界法的多传感器-多武器协同任务规划算法, 生成多传感器-多武器协同交战计划, 支持多传感器接力跟踪、跨平台打击引导、多武器协同抗击。在假定的舰艇编队与预警机协同防空场景下验证了所设计模型的有效性。     

基于大气数据传感器的协同制导控制方法

为研究多弹协同攻击的低成本实现问题,提出一种基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制方法。首先,对协同制导控制中的状态反馈信息进行分析。然后,研究使用攻角传感器和皮托管代替陀螺仪提供制导控制所需的角度反馈信息的可行性,结合协同制导算法与自动驾驶仪设计方法研究基于大气数据传感器的协同制导控制方法。最后,对该方法进行初步的数值仿真验证。理论分析和仿真结果表明,基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制具有理论可行性。     

基于大气数据传感器的协同制导控制方法

为研究多弹协同攻击的低成本实现问题,提出一种基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制方法。首先,对协同制导控制中的状态反馈信息进行分析。然后,研究使用攻角传感器和皮托管代替陀螺仪提供制导控制所需的角度反馈信息的可行性,结合协同制导算法与自动驾驶仪设计方法研究基于大气数据传感器的协同制导控制方法。最后,对该方法进行初步的数值仿真验证。理论分析和仿真结果表明,基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制具有理论可行性。     

信息单向传输带拦截角约束的协同拦截制导律

针对无人战机(unmanned combat air vehicles,UCAV)(目标)发射防御弹对来袭攻击弹以一定拦截角度进行拦截的问题,假设目标和防御弹协同飞行且其之间只能进行单向信息传输,在来袭弹采用增强比例导引律的前提下,建立了防御弹信息单向传输和目标信息单向传输两种模式下的防御弹攻击弹视线角非线性模型。考虑防御弹脱靶量要求、拦截角度约束和防御弹(或目标)的控制能量因素,建立了性能指标函数,采用最优控制理论,分别设计了能够使防御弹以指定拦截角度拦截攻击弹的目标单向协同制导律和防御弹单向协同制导律。仿真结果表明,在两种信息单向传输模式下,通过目标与防御弹的协同,防御弹均可以指定拦截角拦截攻击弹;与具有拦截角度约束的非协同制导律相比,单向协同制导律的控制能量更小。     

局部通信条件下多无人机协同搜索方法

针对复杂场景中障碍物、电磁干扰等因素造成的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)编队部分通信链路不可达问题, 提出局部通信条件下的协同搜索(cooperative search under local communication, CSLC)方法。首先, 根据各UAV的实时位置计算当前时刻编队通信拓扑关系, 建立UAV编队的局部互通网络。在此基础上, 综合考虑UAV通信能力和编队协同目标搜索能力, 构建基于通信链路稳定收益和协同编队收益的协同搜索模型。最后, 设定多UAV编队所需的安全距离和最大运动速率的约束条件, 保证模型能够得到最优路径可行解, 提高多UAV协同搜索效率。实验结果表明, 与现有的目标搜索方法相比, CSLC方法在保证协同搜索路径可行性的同时, 提升了多UAV协同搜索的能力。     

基于协同战术识别的双机编队威胁评估方法

双机组成编队采用协同战术攻击目标是多机协同空战的一种主要形式。针对蓝方为双机编队的超视距空战威胁评估问题,提出了一种基于协同战术识别的威胁评估方法。首先,根据双机编队协同战术的分析、双机的空间占位与机动特性信息,采用动态贝叶斯网络建立目标双机编队协同战术识别模型。然后,根据目标飞行状态信息和目标机动动作识别结果,进行目标轨迹预测。最后,综合空间占位、探测、攻击、协同战术等威胁因子,考虑目标轨迹变化对战场态势演变的影响,建立威胁评估模型。仿真结果表明,所提方法能够准确识别双机编队的协同战术,实现合理化威胁评估。     

多无人机协同探测快速目标的控制方法设计

针对无人机(unmannd aerial vehicle, UAV)对快速运动目标的协同探测问题, 设计了一种多UAV协同探测控制算法。首先假设每架UAV都携带相同的探测载荷, 根据载荷特性设计了针对快速运动目标的UAV协同探测队形。然后引入固定时间控制一致性协议到UAV载荷角度控制中, 控制载荷持续照射目标; 引入有限时间一致性协议到UAV编队控制中, 用以形成协同探测队形, 并通过二跳网络加快队形的收敛。通过将UAV队形控制与UAV载荷的角度控制相结合, 从而实现UAV对快速运动目标探测时间的最大化, 极大的延长了高速运动目标被发现的时间。最终通过理论分析和仿真实验证明了该控制算法的有效性。