基于远距空空导弹轨迹数值优化的机-弹协同导引方法

作     者：张迁 颜冠伟 聂勤 陈锐海 刘家宁 ZHANG Qian;YAN Guanwei;NIE Qin;CHEN Ruihai;LIU Jianing

作者机构：航空工业成都飞机设计研究所成都610091 电子科技大学航空航天学院成都611731 西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学航天学院西安710072 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2024年第45卷第17期

页      面：183-199页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：中国博士后科学基金(2022M712588) 陕西省自然科学基础研究计划(2022JQ-061) 

主　　题：高性能无人机 协同作战 远距空空导弹 轨迹数值优化 大机动目标轨迹预测 最优协同导引策略 

摘      要：高性能无人机平台凭借灵活的作战空域、丰富的信息资源、强大的计算能力等优势逐渐成为了空战中的新质力量,本文针对远距协同攻击非合作目标面临的机载任务决策问题,提出了一种基于轨迹数值优化的机-弹协同导引算法。首先,建立了机-弹远距协同作战的质心运动微分动力学方程,并设计了轻量化数值积分算法快速计算机-弹的轨迹序列。其次,设计了时间-空间-角度约束下导弹轨迹的高效二次型数值优化求解算法,并给出了数值形式下的矩阵迭代运算格式。然后,采用改进Kmeans聚类算法将预测命中区凸包划分为导弹协同攻击子区域,并根据动态观测量对非合作目标的命中子区域进行概率计算与更新。最后,考虑了区域协同攻击、波次同点攻击两种协同方式,设计了机-弹最优协同导引的目标函数及约束方程,来优化机-弹协同作战能力。仿真实验验证了所提算法的正确性及有效性,高性能无人机完成了对非合作目标的区域协同与波次协同的导引决策且脱靶量不大于1 m,所提数值优化算法在嵌入式环境下耗时不大于150 ms,具有一定的工程应用参考价值。