兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 240827-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0827
收稿日期:
2024-09-11
上线日期:
2025-08-28
通讯作者:
基金资助:
WANG Zhuoyao1, LI Chuanjun1,*(), MA Jingquan1, YU Jiaqi2
Received:
2024-09-11
Online:
2025-08-28
摘要:
为了解决无动力滑翔飞行器集群飞行过程中的编队变换、末端时间约束以及末端进入角度约束的在线航迹规划应用问题,提出一种基于主弹-从弹架构的无动力滑翔飞行器集群实时协同航迹规划方法。通过解耦飞行器航迹的纵向和横向剖面,设计基于分段函数的攻角速度曲线方法,以应对无动力滑翔飞行器再入段的非线性约束。提出基于航向角随时间变化的协同控制方法,通过求解协同控制微分方程,得到无动力滑翔飞行器集群在再入段准平衡滑翔状态下满足编队变换,以及末端时间约束和目标区域进入角约束的航迹规划方案。进一步基于协同控制解析方法提出在线调整策略,以应对目标区域的实时变化,并证明该在线调整策略在线应用的可行性。仿真结果表明,该协同航迹规划方法可以在不同的飞行场景下实现在线协同航迹规划,且适用于多种协同控制方案,具有鲁棒性和实用性,能够为无动力滑翔飞行器集群的实际应用提供支持。
中图分类号:
王卓峣, 李传军, 马景权, 于加其. 无动力滑翔飞行器集群实时协同航迹规划方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240827-.
WANG Zhuoyao, LI Chuanjun, MA Jingquan, YU Jiaqi. Real-time Coordinated Trajectory Planning Method of Unpowered Gliding Vehicle Clusters[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 240827-.
飞行器编号及构型 | 高度/km | 经度/(°) | 纬度/(°) |
---|---|---|---|
0(主弹) | 45.0 | 100.0 | 20.000 |
1(从弹) | 45.0 | 99.8 | 20.015 |
2(从弹) | 45.0 | 100.2 | 20.015 |
3(从弹) | 45.0 | 100.1 | 20.010 |
4(从弹) | 45.0 | 99.9 | 20.010 |
散开构型 | 飞行器集群以主弹为中心 横向各弹之间依次距离10km | ||
紧凑构型 | 飞行器集群以主弹为中心 横向各弹之间依次距离1km |
表1 无动力滑翔集群再入初始条件
Table 1 Reentry initial conditions of unpowered gliding vehicle cluster
飞行器编号及构型 | 高度/km | 经度/(°) | 纬度/(°) |
---|---|---|---|
0(主弹) | 45.0 | 100.0 | 20.000 |
1(从弹) | 45.0 | 99.8 | 20.015 |
2(从弹) | 45.0 | 100.2 | 20.015 |
3(从弹) | 45.0 | 100.1 | 20.010 |
4(从弹) | 45.0 | 99.9 | 20.010 |
散开构型 | 飞行器集群以主弹为中心 横向各弹之间依次距离10km | ||
紧凑构型 | 飞行器集群以主弹为中心 横向各弹之间依次距离1km |
参数 | 从弹编号 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
目标区域更新前协同误差/km | -0.579 | 0.577 | 0.316 | -0.420 |
目标区域更新后协同误差/km | -0.677 | 0.722 | 0.300 | -0.499 |
表2 编队变换协同控制误差
Table 2 Cooperative control error of formation transformation
参数 | 从弹编号 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
目标区域更新前协同误差/km | -0.579 | 0.577 | 0.316 | -0.420 |
目标区域更新后协同误差/km | -0.677 | 0.722 | 0.300 | -0.499 |
图15 目标区域更新下飞行器集群编队变换及末端进入角约束实时航迹曲线
Fig.15 Formation transformation and entry angle constraint rea; -time trajectory curve of vehicle cluster under the target area update
参数 | 从弹编号 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
目标区域更新前协同误差/km | -0.316 | 0.172 | -1.010 | 1.040 |
目标区域更新后协同误差/km | 0.004 | 0.256 | -0.087 | 1.578 |
表3 协同控制误差
Table 3 Collaborative control error
参数 | 从弹编号 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
目标区域更新前协同误差/km | -0.316 | 0.172 | -1.010 | 1.040 |
目标区域更新后协同误差/km | 0.004 | 0.256 | -0.087 | 1.578 |
飞行器 | 高度/km | 经度/(°) | 纬度/(°) |
---|---|---|---|
主弹 | 45 | 100.00 | 20.000 |
从弹1 | 45 | 99.80 | 20.015 |
从弹2 | 45 | 99.85 | 20.018 |
从弹3 | 45 | 99.90 | 20.016 |
从弹4 | 45 | 99.95 | 20.014 |
表4 蒙特卡洛协同控制误差初始条件
Table 4 Monte Carlo cooperative control of the error initial conditions
飞行器 | 高度/km | 经度/(°) | 纬度/(°) |
---|---|---|---|
主弹 | 45 | 100.00 | 20.000 |
从弹1 | 45 | 99.80 | 20.015 |
从弹2 | 45 | 99.85 | 20.018 |
从弹3 | 45 | 99.90 | 20.016 |
从弹4 | 45 | 99.95 | 20.014 |
图22 强干扰环境下不同气动偏差对目标区域更新下飞行器集群编队变换及末端进入角约束实时航迹曲线的影响
Fig.22 The influences of different aerodynamic deviations on the formation transformation of vehicle cluster and the real-time track curve of terminal entry angle constraint under target area renewal
气动偏差/% | 从弹编号 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
0 | 0.004 | 0.256 | -0.087 | 1.578 |
5 | -0.617 | 0.643 | 0.937 | -0.585 |
10 | -0.707 | 0.870 | 1.185 | -0.294 |
20 | -0.027 | 1.074 | 1.337 | -0.220 |
表5 目标区域更新后协同控制误差
Table 5 Collaborative control error after the target area is updated km
气动偏差/% | 从弹编号 | |||
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | |
0 | 0.004 | 0.256 | -0.087 | 1.578 |
5 | -0.617 | 0.643 | 0.937 | -0.585 |
10 | -0.707 | 0.870 | 1.185 | -0.294 |
20 | -0.027 | 1.074 | 1.337 | -0.220 |
图23 多目标区域更新下飞行器集群编队变换及末端进入角约束实时航迹曲线
Fig.23 Vehicle cluster formation transformation and entry angle constraint real-time trajectory curves under the multi-update of target area
从弹1 | 从弹2 | 从弹3 | 从弹4 |
---|---|---|---|
-0.124 | -0.454 | -0.457 | 1.777 |
表6 第2次目标区域更新后协同误差
Table 6 Collaborative control error after the second update of target area km
从弹1 | 从弹2 | 从弹3 | 从弹4 |
---|---|---|---|
-0.124 | -0.454 | -0.457 | 1.777 |
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