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多飞行器协同制导与控制:相对运动模型解析

【摘要】:图13-1目标-攻击弹-防御弹的相对运动关系图中,Vi、θi、ai分别为3个飞行器的速度、弹道倾角以及法向加速度;rmt和qmt分别为攻击弹和目标之间的相对距离和视线角;rmd和qmd分别为防御弹和攻击弹之间的相对距离和视线角;uq和vq分别表示攻击弹和目标垂直于攻击弹-目标视线方向的加速度;wq和分别表示防御弹和攻击弹垂直于防御弹-攻击弹视线方向的加速度。

考虑到目标、攻击弹和防御弹的对抗过程持续时间较短,可将其近似认为发生在某一平面内,为了研究问题方便,假设三者在铅垂平面内运动,且速度保持不变,三者之间的相对运动关系如图13-1所示。

图13-1 目标-攻击弹-防御弹的相对运动关系

图中,Vi、θi、ai(i=t,m,d,表示目标、攻击弹、防御弹)分别为3个飞行器的速度、弹道倾角以及法向加速度;rmt和qmt分别为攻击弹和目标之间的相对距离和视线角;rmd和qmd分别为防御弹和攻击弹之间的相对距离和视线角;uq和vq分别表示攻击弹和目标垂直于攻击弹-目标视线方向(LOSmt)的加速度;wq分别表示防御弹和攻击弹垂直于防御弹-攻击弹视线方向(LOSdm)的加速度。

攻击弹与目标之间的相对运动方程可表示为

防御弹与攻击弹之间的相对运动方程可表示为

对式(13-1)中的和式(13-2)中的进一步求导,可得的表达式为

式中,uq、vq、wq的表达式为

由于假设三个飞行器速度大小不变,因而由式(13-4)可知u′q与uq之间的关系为

假设攻击弹制导律可基于测得的信息辨识得到,为文献[62]中的增强比例导引律(APN),则攻击弹加速度uq的表达式为

式中,Nm——导引系数。

将式(13-5)和式(13-6)代入式(13-2),可得

由式(13-7)可知,当攻击弹采用APN时,防御弹-攻击弹视线角的二阶导数主要与目标及防御弹的控制量vq和wq相关。因此,设计带攻击角度约束的协同拦截制导律的关键在于如何设计vq和wq,以实现防御弹-攻击弹的视线角速度趋于零,且防御弹-攻击弹的视线角qmd趋于期望的攻击角度