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拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律

航空学报 2016年第3期37卷 936-948页

作者：赵启伦陈建董希旺李清东任章北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室北京100083

对于多导弹协同拦截高超声速目标的问题,设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的异类导弹协同制导律:配备有高性能导引头的领弹采用改进比例导引法拦截目标;未配备导引头的从弹利用通信手段,采用二阶一致性跟踪算法,对领弹进行跟踪。两类导... 详细信息

对于多导弹协同拦截高超声速目标的问题,设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的异类导弹协同制导律:配备有高性能导引头的领弹采用改进比例导引法拦截目标;未配备导引头的从弹利用通信手段,采用二阶一致性跟踪算法,对领弹进行跟踪。两类导弹同时命中目标,形成"多对一"的拦截态势。异构型的制导策略可以降低对导引设备的需求,具备较理想的作战效费比。领弹与从弹的弹道均源于改进比例导引法,具有较理想的弹道特性。给出了协同制导律在固定拓扑与切换拓扑下成立的充分条件。算例仿真验证了所提出的制导律能够实现对高超声速目标的协同拦截,具有良好的可行性。

关键词：高超声速飞行器改进比例导引法协同制导一致性拓扑切换

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高超武器与常规导弹协同攻击策略可行域研究

航空学报 2015年第7期36卷 2291-2300页

作者：赵启伦陈建李清东任章李亮北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室上海机电工程研究所

对于高超声速武器与常规导弹协同攻击问题,提出一种同时满足法向过载约束、遭遇时间约束与终端角度约束的协同攻击策略。为提高突防能力,实现战术隐身效果,具有常规气动外型的导弹从目标正面进攻;高超声速导弹利用自身高速和大范围持续... 详细信息

对于高超声速武器与常规导弹协同攻击问题,提出一种同时满足法向过载约束、遭遇时间约束与终端角度约束的协同攻击策略。为提高突防能力,实现战术隐身效果,具有常规气动外型的导弹从目标正面进攻;高超声速导弹利用自身高速和大范围持续高机动能力,绕到雷达视场盲区,从目标两侧进攻;两类导弹的同时命中将对目标形成多对一的打击态势。考虑到实际工程中两类导弹机动能力的限制,推导出了保证协同攻击策略可行的充分条件,得到了协同攻击策略可行域的解析解,并分析了可用过载、飞行速度与攻击阵位对可行域的影响。仿真结果表明,协同攻击策略可以满足给定的多个约束条件,具有良好的可行性。

关键词：高超声速飞行器协同制导过载约束遭遇时间约束终端角度约束可行性分析

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异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪控制

航空学报 2020年第7期41卷 295-306页

作者：田磊赵启伦董希旺李清东任章北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室北京100083 北京电子工程总体研究所北京100854 北京航空航天大学大数据科学与脑机智能高精尖创新中心北京100083

空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成... 详细信息

空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成的三层协同控制架构。虚拟领导者用于规划整个多智能体系统的状态轨迹,分组领导者跟踪虚拟领导者所提供的轨迹信息,并相互协作以实现分组间的协同配合。跟随者跟踪分组领导者的输出并实现期望的输出编队。在有向通信拓扑结构条件下,基于局部邻居间的相对信息、观测器理论和滑模控制理论构造了控制协议,利用Lyapunov稳定性理论证明协议的有效性。数值仿真结果表明提出的方法能够实现无人机、无人车等异构智能体的空地协同,具有较好的工程应用价值。

关键词：空地协同控制高阶异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪滑模控制观测器理论

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基于模型迁移方法的高超声速飞行器建模

北京航空航天大学学报 2016年第12期42卷 2640-2647页

作者：王浩亮李清东任章赵启伦董希旺刘菲北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100083

高超声速飞行器的研发是一个小批量多批次的过程。为了降低实验成本缩短建模周期,引入了模型迁移方法计算具有相似外形的高超声速飞行器的气动参数。首先研究了一种评价飞行器气动外形间仿射相似度的方法,当相似度满足要求时,可使用模... 详细信息

高超声速飞行器的研发是一个小批量多批次的过程。为了降低实验成本缩短建模周期,引入了模型迁移方法计算具有相似外形的高超声速飞行器的气动参数。首先研究了一种评价飞行器气动外形间仿射相似度的方法,当相似度满足要求时,可使用模型迁移方法计算新飞行器的气动参数。接着基于高超声速相似律,使用基飞行器的气动参数对新飞行器气动参数初次迁移。当初次迁移结果不能满足建模精度要求时,应用偏差校正的方法对迁移过程修正。最后为了消除飞行高度对高超声速流黏性的影响,引入高超声速边界层理论迁移飞行器不同高度上的气动参数。通过对仿真结果的分析,验证了模型迁移方法对具有相似外形的高超声速飞行器建模的有效性。

关键词：高超声速飞行器仿射相似度高超声速相似律模型迁移高超声速边界层理论

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拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略

北京航空航天大学学报 2021年第5期47卷 1058-1067页

作者：田磊赵启伦董希旺李清东吕金虎任章北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室北京100083 北京电子工程总体研究所北京100854 北京航空航天大学大数据科学与脑机智能高精尖创新中心北京100083

护航策略一直是各军事大国的重点研究内容之一,拒止环境具有强电磁干扰、强对抗博弈等特点,进而对护航策略提出了更高的要求。提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的护航策略,该策略中由高成本长机探测到敌方来袭导弹,在进行规避... 详细信息

护航策略一直是各军事大国的重点研究内容之一,拒止环境具有强电磁干扰、强对抗博弈等特点,进而对护航策略提出了更高的要求。提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的护航策略,该策略中由高成本长机探测到敌方来袭导弹,在进行规避的同时,释放多个低成本僚机担任“忠诚僚机”。采用时变编队跟踪的控制方法,使僚机始终处于长机与敌方来袭导弹的视线轴上,必要时牺牲僚机以保全长机。针对敌方来袭导弹的方位角是全局信息,设计了分布式观测器对其进行估计。在拒止环境下,复杂电磁干扰带来通信时断时续,导致长机与僚机及僚机与僚机之间的通信拓扑存在切换。为应对电磁干扰对通信拓扑的破坏,提高抗电磁干扰能力,考虑僚机外部扰动和长机规避机动动作同时存在的情况,基于观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论,构造了具体通信拓扑切换机制的分布式控制协议,并利用Lyapunov理论证明了僚机采用该协议能够实现拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略。通过仿真模拟导弹来袭场景,验证了所提策略的有效性。

关键词：护航策略拒止环境分布式观测器滑模控制自适应控制

异构集群系统分布式自适应输出时变编队跟踪控制

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自动化学报 2021年第10期47卷 2386-2401页

作者：田磊董希旺赵启伦李清东吕金虎任章北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室北京100191 北京航空航天大学大数据科学与脑机智能高精尖创新中心北京100191 北京电子工程总体研究所北京100854

提出了一种能够解决高阶异构集群系统输出时变编队跟踪问题的控制方法.集群系统中的智能体分为领导者和跟随者,领导者和跟随者的动力学模型可以完全不同.跟随者的输出在跟踪领导者输出的同时保持时变编队实现协同运动.考虑了领导者存在... 详细信息

提出了一种能够解决高阶异构集群系统输出时变编队跟踪问题的控制方法.集群系统中的智能体分为领导者和跟随者,领导者和跟随者的动力学模型可以完全不同.跟随者的输出在跟踪领导者输出的同时保持时变编队实现协同运动.考虑了领导者存在已知或未知控制输入、领导者和跟随者均存在未知扰动、有向通信拓扑存在切换等多种因素并存的情况,结合观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论设计了完全分布式的输出时变编队跟踪控制协议,摆脱了对领导者控制输入上界值、与通信拓扑相关的拉普拉斯矩阵的特征值以及时变编队函数等全局信息的依赖.利用Lyapunov理论证明了在有向拓扑切换条件下异构集群系统的闭环稳定性.最后通过数值仿真对理论结果的有效性进行了验证.

关键词：异构集群系统时变编队跟踪分布式控制自适应控制有向拓扑切换

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高抛弹道三维复合协同制导律设计

航空兵器 2021年第1期28卷 26-33页

作者：赵启伦宋勋王晓东王蒙一北京电子工程总体研究所北京100854

本文研究了多导弹系统在三维空间下的协同制导问题,设计了初制导、中制导、末制导段,高低平面与横侧向平面的过载指令,给出了不同制导阶段的交接班导引规律,给出了两种情况下高抛弹道的数值仿真结果,得到了复合协同制导律的性能特点,验... 详细信息

本文研究了多导弹系统在三维空间下的协同制导问题,设计了初制导、中制导、末制导段,高低平面与横侧向平面的过载指令,给出了不同制导阶段的交接班导引规律,给出了两种情况下高抛弹道的数值仿真结果,得到了复合协同制导律的性能特点,验证了本文提出理论方法的有效性,为多导弹协同攻击问题提供了一种可能的解决思路。

关键词：导弹制导高抛弹道协同制导攻击时间约束复合制导

拓扑切换的集群系统分布式分组时变编队跟踪控制

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中国科学：信息科学 2020年第3期50卷 408-423页

作者：田磊王蒙一赵启伦王晓东宋勋任章北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室北京100191 北京航空航天大学大数据科学与脑机智能高精尖创新中心北京100191 北京电子工程总体研究所北京100854

分布式编队控制是集群智能控制重要的基础性研究课题之一.拒止环境和多任务需求对编队控制提出了新的挑战.本文研究了高阶线性集群系统在拓扑切换情况下的分布式分组时变编队跟踪控制问题.在本文所提出的集群系统模型架构中,智能体被分... 详细信息

分布式编队控制是集群智能控制重要的基础性研究课题之一.拒止环境和多任务需求对编队控制提出了新的挑战.本文研究了高阶线性集群系统在拓扑切换情况下的分布式分组时变编队跟踪控制问题.在本文所提出的集群系统模型架构中,智能体被分为3类:虚拟领导者、分组领导者和跟随者.虚拟领导者为整个集群系统宏观运动提供参考轨迹或者跟踪指令.分组领导者一方面跟踪虚拟领导者所提供的轨迹或指令;另一方面通过与其他分组领导者之间的相互协作实现各分组之间的协同配合.跟随者实现对各自分组领导者的时变编队跟踪.在拓扑切换和外部扰动同时存在的情况下,基于智能体之间的局部有限邻居节点之间的相对信息反馈和滑模控制理论构造了分布式分组时变编队跟踪控制协议,并给出了控制协议中未知参数的求解算法,进而利用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明了集群系统在拓扑切换和外部扰动同时存在情况下的闭环稳定性.最后,数值仿真结果验证了本文提出的控制方法能够实现集群系统分组时变编队跟踪控制,并可应用在以无人机集群为代表的实际物理模型中.

关键词：拒止环境高阶线性集群系统分组时变编队跟踪拓扑切换外部扰动

跨域拦截弹数据驱动的在线强化学习姿态控制方法

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上海航天(中英文) 2024年第6期41卷 39-45页

作者：赵琛钰胥彪宋勋赵启伦李爽南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室江苏南京211106 上海民用航空电子系统有限公司上海201100 北京电子工程总体研究所北京100854

针对跨域拦截弹在宽速域、大空域飞行面临动力学建模较难、模型未知的问题,提出一种基于数据驱动的在线强化学习姿态控制方法。受零和博弈的启发,将干扰也当作是系统输入的一部分设计性能指标函数。实际拦截弹控制量输入的目的是最小化... 详细信息

针对跨域拦截弹在宽速域、大空域飞行面临动力学建模较难、模型未知的问题,提出一种基于数据驱动的在线强化学习姿态控制方法。受零和博弈的启发,将干扰也当作是系统输入的一部分设计性能指标函数。实际拦截弹控制量输入的目的是最小化性能指标函数,提高系统性能,而干扰的作用则相反。然后,通过构建评价网络在线学习获得相应的近似解,并通过更新权值来动态地处理不确定性。与传统依赖模型的在线强化学习求解方法不同,数据驱动的强化学习方法不再需要拦截弹系统的动态模型信息,而是仅通过系统的输入输出数据来驱动网络进行权值在线学习更新。最终,通过仿真验证了该方法的有效性。

关键词：跨域拦截弹在线强化学习数据驱动零和博弈不确定性