[发明专利]一种基于信息最大化的多AUV协同同时导引方法

说明书

本发明提出一种基于信息最大化的多AUV协同同时导引方法，针对多AUV协同导引中的时间约束和观测信息最大化问题，同时考虑了AUV二阶非完整力学特性，提出了基于最优控制的协同导引律，其中性能指标函数由一步次优费希尔信息矩阵(FIM)和AUV与目标距离方差组成，实现了观测信息最大下的同时击中目标的任务，具有良好的导引性能。

技术领域

本发明涉及多AUV协同导引技术领域，具体为一种基于信息最大化的多AUV同时攻击同一目标的协同导引方法。

背景技术

现代反导系统的飞速发展，对主动攻击武器(导弹、鱼雷等)的突防能力提出了更高的挑战，传统的单一AUV打击已经很难满足现代战争需求。“多对一”形式的饱和攻击是一种能提高导弹或鱼雷击中目标概率的有效手段。因此，为了突破层层防御，有必要研究“多对一”形式的饱和同时攻击。针对协同导引的理论研究具有深刻的军事意义，逐渐吸引了国内外学者的研究兴趣。

由于AUV的发射位置可能不同，并且各个武器的发射时间和航行速度不可能做到绝对同步，若使用传统制导律控制AUV攻击目标会导致武器的航行时间有长有短，不能保证多AUV能够同时击中目标，因此，有必要研究一种对AUV的攻击时间进行控制的制导律。

同时，被攻击目标状态的估计精度越高，多AUV击中目标的概率越大。通常影响目标估计精度的因素不仅与所搭载传感器的量测精度有关，而且还与多AUV在空间的配置方式有关。因此，针对具有最优的观测空间配置的研究逐渐成为协同导引研究的重要方向。

另外，在实际工程中，洋流等外部随机干扰会使AUV产生侧向速度，其会对导引效果造成一定的影响。因此，针对此类二阶非完整力学特性的多AUV协同导引律的设计，是一个很有实际意义的研究问题。

综上所述，针对信息最大化的多AUV的协同同时导引，还存在以下三个问题：1、外界干扰会使AUV产生侧向速度，其会对导引效果造成一定影响；2、如何设计具有实时性、且观测信息最大的多AUV协同导引方法，具有重要的工程意义。3、由于实际水下环境存在通信能力弱等问题，很难保证多AUV间的集中式通信，因此，设计分布式多AUV协同导引具有重要的现实意义。

发明内容

发明针对多AUV协同导引中的时间约束和观测信息最大化问题，同时考虑了AUV二阶非完整力学特性，提出了一种基于信息最大化的多AUV协同同时导引方法，实现了观测信息最大下的同时击中目标的任务，具有良好的导引性能。

本发明的技术方案为：

所述一种基于信息最大化的多AUV协同同时导引方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立多AUV水平面运动学方程：

其中(x_i,y_i)为世界坐标系下第i个AUV的位置坐标，u_i，v_i和ψ_i分别为第i个AUV在体坐标系下的前向速度、侧向速度和航向角；第i个AUV与目标的相对方位角为

其中(x_T,y_T)为被攻击目标在世界坐标系下的位置坐标；

步骤2：对于步骤1的AUV水平面运动学方程，建立信息最大化的多AUV协同同时导引律为：

ψ_i＝atan2(-λ_yiu_i+λ_xiv_i,-λ_xiu_i-λ_yiv_i)

其中：