[发明专利]一种导弹时变编队三维协同飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种导弹时变编队三维协同控制方法，该方法通过考虑导弹编队在外界气流扰动和参数摄动情况下，建立了时变导弹编队动态模型；并依据所述的时变导弹编队动态模型构造出导弹三维时变编队协同控制器。本发明方法存储于传统队形保持控制器中，在不改变传统导弹编队队形控制系统的结构框架下，可以有效地解决时变编队控制问题，同时解决导弹编队队形控制系统在受到多个不确定性以及外界环境因素的影响。

技术领域

本发明涉及导弹的队形保持控制器设计，更特别地说，是在传统导弹编队队形控制系统中，增加了本发明设计的导弹时变编队三维协同飞行控制方法。

背景技术

导弹(Missile)通常由战斗部(弹头)、弹体结构系统、动力装置推进系统和制导系统等四部分组成。其中，导弹制导系统是按一定导引规律将导弹导向目标，控制其质心运动和绕质心运动以及飞行时间程序、指令信号、供电、配电等各种装置的总称。其作用是适时测量导弹相对目标的位置，确定导弹的飞行轨迹，控制导弹的飞行轨迹和飞行姿态，保证弹头(战斗部)准确命中目标。

导弹编队(Missiles Formation，MF)是指由不少于两枚以上导弹根据作战任务需要，在时间段按照一定协同规则执行任务的编队简称。导弹编队的动态任务是指在导弹编队执行任务过程中，根据编队综合作战效能最大原则，基于一定的战场态势信息和导弹编队状态，为编队中每一枚导弹分配一个或一组有序任务。基本的编队队形有纵队、横队、楔形队、菱形队。

导弹编队飞行控制系统(Flight Control Systrm of MAF，FCSM)是根据编队决策与管理系统所生成的编队优化指标和编队的队形要求，实时优化并形成队形控制与保持的指令，保证实现节点的避碰机动控制和高品质的编队队形的系统。导弹能够实现安全稳定的自主编队飞行并按照要求完成作战任务，在很大程度上取决于导弹之间对导航定位系统、传感器和探测器等信息获取系统得到的信息的互连互通互操作水平。

2010年8月第28卷第4期《飞行力学》公开了“飞航导弹高动态自主编队协同控制系统的建立与仿真”；作者：穆晓敏，吴森堂；第61页介绍了编队队形控制系统。所述的编队队形控制系统中包括有领弹模式、从弹模式、最优航路规划、以及队形保持控制器，参见图1所示。

在现有技术中，大都是针对导弹编队队形为时不变提出来的，这些方法忽略了导弹时变编队带来的影响，不能解决对于队形切换的技术问题，不利于实际战场态势的应用，它直接影响到导弹的协同作战效果。

现有技术，主要是对于传统无人飞行器提出多种编队控制方法，但对于导弹编队协同控制，别是在外界气流扰动和参数摄动严重条件下的导弹时变编队协同控制问题仍需要进一步研究。

发明内容

为了解决在外界气流扰动和参数摄动严重条件下的导弹时变编队协同控制问题，本发明提出了一种导弹时变编队三维协同飞行控制方法。本发明方法通过考虑导弹编队在外界气流扰动和参数摄动情况下，建立了导弹编队动态模型；并依据所述的导弹编队动态模型构造出导弹三维时变编队协同控制器。本发明方法存储于传统队形保持控制器中，在不改变传统导弹编队队形控制系统的结构框架下，可以有效地解决时变编队控制问题，同时解决导弹编队队形控制系统在受到多个不确定性以及外界环境因素的影响。

在本发明中，经本发明方法改进的队形保持控制器中同时存在了针对时不变的导弹编队队形和时变的导弹编队队形进行队形保持控制的编队飞行方法，称为改进后的队形保持控制器。

本发明的一种导弹时变编队三维协同飞行控制方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一，建立时变的单枚导弹三维空间运动学模型；

任意一枚导弹的标识号，记为i；所述导弹i的三维空间运动学模型描述为：

步骤二，设置导弹在干扰因素影响下的时变的导弹编队运动模型；