兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (7): 1881-1895.doi: 10.12382/bgxb.2022.0152
收稿日期:
2022-03-11
上线日期:
2023-07-30
通讯作者:
基金资助:
HAN Yu1, SONG Tao1, ZHENG Duo1,*(), LIU Xin2
Received:
2022-03-11
Online:
2023-07-30
摘要:
协同打击是提升飞行器集群整体作战效能的重要模式。针对密集飞行器集群协同打击目标过程中存在的相互碰撞或彼此干扰问题,建立典型的多目标协同打击的任务场景模型,揭示飞行器集群协同运动过程中的机动规律;基于效用函数最优理论研究避免碰撞的飞行器集群协调最优机动策略,保证飞行器之间避免碰撞。考虑飞行器集群协同制导中的时间/空间同步到达约束,采用基于时间管控的多约束协同制导策略,同时满足到达时间和脱靶量要求;引入基于冲突触发的协同避碰机制,提出兼顾避碰和协同打击的协同调整策略,求得满足避免碰撞与时空同步的协同制导方法。仿真结果表明,新提出的考虑避碰约束的飞行器集群协同制导方法能够保证飞行器间的安全距离约束,具有较强的协同时间管控能力和较高的制导精度,且仅需较少迭代计算,降低了对机载处理器的要求,为飞行器集群协同打击中的避碰问题提供了一种解决方法,具有较强的工程应用价值。
韩煜, 宋韬, 郑多, 刘鑫. 基于冲突触发避碰机制的无人飞行器集群协同制导技术[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 1881-1895.
HAN Yu, SONG Tao, ZHENG Duo, LIU Xin. Unmanned Aerial Vehicle Cluster Cooperative Guidance Technology Based on Conflict Trigger Mechanism[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(7): 1881-1895.
飞行器 编号 | 飞行器初始状态 | 目标位置/m | |
---|---|---|---|
位置/m | 速度/(m·s-1) | ||
U1 | [7000,3500] | 100 | [0,3500] |
U2 | [6331,5558] | 100 | [668,1443] |
U3 | [4582,6829] | 100 | [2418,171] |
U4 | [2418,6829] | 100 | [4582,171] |
U5 | [668,5557] | 100 | [6332,1443] |
U6 | [0,3500] | 100 | [7000,3500] |
U7 | [668,1443] | 100 | [6332,5557] |
U8 | [2418,171] | 100 | [4582,6829] |
U9 | [4582,171] | 100 | [2418,6829] |
U10 | [6332,1443] | 100 | [668,5557] |
表1 无人飞行器集群和分散固定目标初始参数
Table 1 Initial conditionsof UAV clusters and decentralized fixed targets
飞行器 编号 | 飞行器初始状态 | 目标位置/m | |
---|---|---|---|
位置/m | 速度/(m·s-1) | ||
U1 | [7000,3500] | 100 | [0,3500] |
U2 | [6331,5558] | 100 | [668,1443] |
U3 | [4582,6829] | 100 | [2418,171] |
U4 | [2418,6829] | 100 | [4582,171] |
U5 | [668,5557] | 100 | [6332,1443] |
U6 | [0,3500] | 100 | [7000,3500] |
U7 | [668,1443] | 100 | [6332,5557] |
U8 | [2418,171] | 100 | [4582,6829] |
U9 | [4582,171] | 100 | [2418,6829] |
U10 | [6332,1443] | 100 | [668,5557] |
飞行器 编号 | 分配的 目标 | 机间最短 距离/m | 到达时间/ s | 脱靶量/ m |
---|---|---|---|---|
U1 | T1 | 30.8043 | 68 | 0.9325 |
U2 | T2 | 30.7672 | 68 | 0.9323 |
U3 | T3 | 30.7672 | 68 | 0.9323 |
U4 | T4 | 30.7735 | 68 | 0.9324 |
U5 | T5 | 30.7735 | 68 | 0.9322 |
U6 | T6 | 30.8009 | 68 | 0.9322 |
U7 | T7 | 30.7958 | 68 | 0.9323 |
U8 | T8 | 30.7958 | 68 | 0.9324 |
U9 | T9 | 30.7969 | 68 | 0.9324 |
U10 | T10 | 30.8043 | 68 | 0.9235 |
表2 多机集群协同打击分散固定目标的结果统计
Table 2 Cooperative attack results of multiple UAV clusters on decentralized fixed targets
飞行器 编号 | 分配的 目标 | 机间最短 距离/m | 到达时间/ s | 脱靶量/ m |
---|---|---|---|---|
U1 | T1 | 30.8043 | 68 | 0.9325 |
U2 | T2 | 30.7672 | 68 | 0.9323 |
U3 | T3 | 30.7672 | 68 | 0.9323 |
U4 | T4 | 30.7735 | 68 | 0.9324 |
U5 | T5 | 30.7735 | 68 | 0.9322 |
U6 | T6 | 30.8009 | 68 | 0.9322 |
U7 | T7 | 30.7958 | 68 | 0.9323 |
U8 | T8 | 30.7958 | 68 | 0.9324 |
U9 | T9 | 30.7969 | 68 | 0.9324 |
U10 | T10 | 30.8043 | 68 | 0.9235 |
飞行器 编号 | 飞行器初始状态 | 分配 的目 标 | 目标参数 | ||
---|---|---|---|---|---|
位置/m | 速度/ (m·s-1) | 位置/m | 速度/ (m·s-1) | ||
U1 | [1052,146] | 117 | T5 | [8161,1024] | 30 |
U2 | [958,1587] | 117 | T8 | [8593,774] | 30 |
U3 | [957,314] | 116 | T4 | [8161,525] | 30 |
U4 | [1138,690] | 116 | T1 | [7296,1024] | 30 |
U5 | [698,675] | 112 | T2 | [7728,774] | 30 |
U6 | [526,1318] | 118 | T6 | [8161,1523] | 30 |
U7 | [314,316] | 112 | T9 | [8593,1274] | 30 |
U8 | [1003,708] | 114 | T7 | [8593,275] | 30 |
U9 | [291,681] | 119 | T10 | [8593,1773] | 30 |
U10 | [794,1430] | 119 | T3 | [7728,1274] | 30 |
表3 集群飞行器和编队移动目标初始参数
Table 3 Initial conditions of UAV clusters and formation moving targets
飞行器 编号 | 飞行器初始状态 | 分配 的目 标 | 目标参数 | ||
---|---|---|---|---|---|
位置/m | 速度/ (m·s-1) | 位置/m | 速度/ (m·s-1) | ||
U1 | [1052,146] | 117 | T5 | [8161,1024] | 30 |
U2 | [958,1587] | 117 | T8 | [8593,774] | 30 |
U3 | [957,314] | 116 | T4 | [8161,525] | 30 |
U4 | [1138,690] | 116 | T1 | [7296,1024] | 30 |
U5 | [698,675] | 112 | T2 | [7728,774] | 30 |
U6 | [526,1318] | 118 | T6 | [8161,1523] | 30 |
U7 | [314,316] | 112 | T9 | [8593,1274] | 30 |
U8 | [1003,708] | 114 | T7 | [8593,275] | 30 |
U9 | [291,681] | 119 | T10 | [8593,1773] | 30 |
U10 | [794,1430] | 119 | T3 | [7728,1274] | 30 |
飞行器 编号 | 打击的 目标 | 机间最短 距离/m | 到达时间/ s | 脱靶量/ m |
---|---|---|---|---|
U1 | T5 | 170.8413 | 52.7156 | 0.8003 |
U2 | T8 | 30.3548 | 52.7175 | 0.8848 |
U3 | T4 | 30.3548 | 52.7138 | 0.4068 |
U4 | T1 | 188.3557 | 52.7194 | 0.2794 |
U5 | T2 | 99.0358 | 52.7150 | 0.9716 |
U6 | T6 | 38.1245 | 52.7306 | 0.5067 |
U7 | T9 | 30.9024 | 52.7194 | 0.3841 |
U8 | T7 | 249.4957 | 52.7144 | 0.5970 |
U9 | T10 | 91.5536 | 52.7338 | 0.8639 |
U10 | T3 | 30.9024 | 52.7225 | 0.3765 |
表4 多机集群协同打击编队移动目标的结果
Table 4 Cooperative attack results of multiple UAV clusters on formation moving targets
飞行器 编号 | 打击的 目标 | 机间最短 距离/m | 到达时间/ s | 脱靶量/ m |
---|---|---|---|---|
U1 | T5 | 170.8413 | 52.7156 | 0.8003 |
U2 | T8 | 30.3548 | 52.7175 | 0.8848 |
U3 | T4 | 30.3548 | 52.7138 | 0.4068 |
U4 | T1 | 188.3557 | 52.7194 | 0.2794 |
U5 | T2 | 99.0358 | 52.7150 | 0.9716 |
U6 | T6 | 38.1245 | 52.7306 | 0.5067 |
U7 | T9 | 30.9024 | 52.7194 | 0.3841 |
U8 | T7 | 249.4957 | 52.7144 | 0.5970 |
U9 | T10 | 91.5536 | 52.7338 | 0.8639 |
U10 | T3 | 30.9024 | 52.7225 | 0.3765 |
飞行器 编号 | 飞行器位置初始状态 | 分配 的目 标 | 目标参数 | ||
---|---|---|---|---|---|
位置/m | 速度/ (m·s-1) | 位置/m | 速度/ (m·s-1) | ||
U1 | [1167,3067] | 112 | T6 | [6739,3847] | 30 |
U2 | [1678,4305] | 118 | T3 | [7625,4390] | 30 |
U3 | [1515,3897] | 116 | T7 | [6710,3475] | 30 |
U4 | [1418,3140] | 114 | T10 | [7500,2800] | 30 |
U5 | [1695,4177] | 120 | T9 | [7137,2887] | 30 |
U6 | [1763,4363] | 114 | T5 | [6934,4166] | 30 |
U7 | [1548,4378] | 119 | T2 | [7970,4247] | 30 |
U8 | [1447,3598] | 112 | T4 | [7253,4361] | 30 |
U9 | [1134,4234] | 114 | T1 | [8213,3963] | 30 |
U10 | [2175,3445] | 114 | T8 | [6853,3130] | 30 |
表5 集群飞行器和编队机动目标参数
Table 5 Initial conditionsof UAV clusters and formation maneuvering targets
飞行器 编号 | 飞行器位置初始状态 | 分配 的目 标 | 目标参数 | ||
---|---|---|---|---|---|
位置/m | 速度/ (m·s-1) | 位置/m | 速度/ (m·s-1) | ||
U1 | [1167,3067] | 112 | T6 | [6739,3847] | 30 |
U2 | [1678,4305] | 118 | T3 | [7625,4390] | 30 |
U3 | [1515,3897] | 116 | T7 | [6710,3475] | 30 |
U4 | [1418,3140] | 114 | T10 | [7500,2800] | 30 |
U5 | [1695,4177] | 120 | T9 | [7137,2887] | 30 |
U6 | [1763,4363] | 114 | T5 | [6934,4166] | 30 |
U7 | [1548,4378] | 119 | T2 | [7970,4247] | 30 |
U8 | [1447,3598] | 112 | T4 | [7253,4361] | 30 |
U9 | [1134,4234] | 114 | T1 | [8213,3963] | 30 |
U10 | [2175,3445] | 114 | T8 | [6853,3130] | 30 |
飞行器 编号 | 打击的 目标 | 机间最短 距离/m | 到达时间/ s | 脱靶量/ m |
---|---|---|---|---|
U1 | T6 | 32.1923 | 51.4519 | 0.6017 |
U2 | T3 | 44.3185 | 51.4306 | 0.7211 |
U3 | T7 | 112.7838 | 51.4988 | 0.5318 |
U4 | T10 | 32.1923 | 51.6006 | 0.4136 |
U5 | T9 | 36.2378 | 50.2988 | 0.9050 |
U6 | T5 | 36.2379 | 50.4994 | 0.7721 |
U7 | T2 | 37.7222 | 51.4375 | 0.6565 |
U8 | T4 | 124.3851 | 51.4425 | 0.6433 |
U9 | T1 | 129.7452 | 51.4744 | 0.9967 |
U10 | T8 | 252.9497 | 52.6544 | 0.5169 |
表6 集群飞行器协同打击编队机动目标的结果
Table 6 Cooperative attack results of multiple UAV clusters on formation maneuvering targets
飞行器 编号 | 打击的 目标 | 机间最短 距离/m | 到达时间/ s | 脱靶量/ m |
---|---|---|---|---|
U1 | T6 | 32.1923 | 51.4519 | 0.6017 |
U2 | T3 | 44.3185 | 51.4306 | 0.7211 |
U3 | T7 | 112.7838 | 51.4988 | 0.5318 |
U4 | T10 | 32.1923 | 51.6006 | 0.4136 |
U5 | T9 | 36.2378 | 50.2988 | 0.9050 |
U6 | T5 | 36.2379 | 50.4994 | 0.7721 |
U7 | T2 | 37.7222 | 51.4375 | 0.6565 |
U8 | T4 | 124.3851 | 51.4425 | 0.6433 |
U9 | T1 | 129.7452 | 51.4744 | 0.9967 |
U10 | T8 | 252.9497 | 52.6544 | 0.5169 |
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