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基于深度强化学习的多飞行器自适应协同航路规划

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战术导弹技术 2024年第2期 106-116页

作者：杨志鹏林松曾长陈子浩毛金娣徐哲湖北航天技术研究院总体设计所武汉430040 西安应用光学研究所西安710065

针对单一飞行器突防及作战能力受限的问题,提出一种多飞行器自适应协同航路规划方法。通过引入多智能体深度强化学习算法,构建多飞行器航路规划决策框架,对各飞行器在线航路规划指令进行求解。在此基础上,提出一种改良DL-MADDPG算法,引... 详细信息

针对单一飞行器突防及作战能力受限的问题,提出一种多飞行器自适应协同航路规划方法。通过引入多智能体深度强化学习算法,构建多飞行器航路规划决策框架,对各飞行器在线航路规划指令进行求解。在此基础上,提出一种改良DL-MADDPG算法,引导智能体进行干扰学习,提升飞行器在复杂环境下的适应能力。同时,在奖励函数中分别设定协同奖励和个体奖励,有效保证多飞行器系统策略协同性和各飞行器个体策略有效性。仿真试验证明,提出的基于深度强化学习的多飞行器协同航路规划方法,具有很好的自适应性和鲁棒性,能够帮助多飞行器实现复杂多任务场景下的协同航路规划在线决策。

关键词：多飞行器协同航路规划深度强化学习干扰学习复杂环境自适应性在线决策

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带视场约束的多飞行器协同导引律

兵工学报 2022年第S02期43卷 71-77页

作者：刘振宇刘炳琪王继平杨春伟火箭军工程大学作战保障学院陕西西安710025 96901部队北京100096

针对带有视场约束的多飞行器协同攻击静止目标问题,提出一种分布式协同导引律。通过速度坐标系下交战运动方程,将非线性运动模型转换为2阶智能体模型、相应的视场约束转换为智能体类速度约束。结合速度约束一致性协议设计了一种到达时... 详细信息

针对带有视场约束的多飞行器协同攻击静止目标问题,提出一种分布式协同导引律。通过速度坐标系下交战运动方程,将非线性运动模型转换为2阶智能体模型、相应的视场约束转换为智能体类速度约束。结合速度约束一致性协议设计了一种到达时间协同导引律,实现了带视场约束条件下的多飞行器协同攻击。研究结果表明:提出的导引律克服了传统协同导引律存在数值奇点的问题,协同过程不需要进行导引律的切换。通过数值仿真和对比研究验证了所提导引律的有效性,并在测量噪声与通信延迟存在的情况下依然具有稳定的制导性能。

关键词：多飞行器同时到达协同导引律带视场约束

基于陀螺仪/BDS的多飞行器编队相对定姿方法

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航空兵器 2022年第2期29卷 80-86页

作者：卢克文王新龙李群生陈鼎北京航空航天大学宇航学院北京100083 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 天地一体化信息技术国家重点实验室北京100086

多飞行器编队的多重作业能力强、可靠性高、工作效率高,是未来航空领域发展的重要趋势。连续高精度的相对姿态信息对编队队形的保持或重构必不可少,这对相对定姿的精度和连续性提出更高要求。为了提高相对定姿精度和连续性,设计了一种... 详细信息

多飞行器编队的多重作业能力强、可靠性高、工作效率高,是未来航空领域发展的重要趋势。连续高精度的相对姿态信息对编队队形的保持或重构必不可少,这对相对定姿的精度和连续性提出更高要求。为了提高相对定姿精度和连续性,设计了一种基于陀螺仪/BDS的相对定姿方案。采用BDS差分技术消除了载波相位中的公共误差,利用高精度双差载波相位进行量测更新,提高了相对定姿的精度。同时,基于飞行器之间的相对姿态模型,利用陀螺仪测得的角速度进行一步预测,解决BDS不可用时无法得到相对定姿结果的问题,提高了相对定姿的连续性。仿真验证表明,所设计方案不仅可以实现高精度相对定姿,并且在可用星少于四颗时仍具备较高精度的相对定姿能力,能够满足多飞行器编队对相对定姿精度和连续性的要求。

关键词：多飞行器编队相对定姿高精度连续性 BDS差分技术

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多飞行器协同突防策略设计

多飞行器协同突防策略设计

作者：武林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

针对多飞行器突防策略设计问题,本文研究的主要突防对象为敌方航母编队,航母编队具备响应迅速、精准打击的反导系统,如果要实现对航母编队的攻击,就必须能够突破航母编队的防御系统。对于航母编队的中远防区,飞行器突防面临的主要难题... 详细信息

针对多飞行器突防策略设计问题,本文研究的主要突防对象为敌方航母编队,航母编队具备响应迅速、精准打击的反导系统,如果要实现对航母编队的攻击,就必须能够突破航母编队的防御系统。对于航母编队的中远防区,飞行器突防面临的主要难题如何突破航母编队预警机的搜索,当飞行器被预警机探测到之后,将遭受到航母编队反导系统的精准打击,卫星的特点并不支持我们获得预警机的实时位置,因此在这种情况下,如果要实现对航母编队防区的突防,单飞行器基本是无法完成的,这样一来通过设计多飞行器的协同突防策略就具有重要的研究意义。针对多飞行器对航母编队防御系统的突防问题,本文主要对多波次打击进行研究,通过前一波次的飞行器实现协同探测确定预警机的所在位置,建立突防威胁区,在此基础上对后面发射的飞行器进行航迹规划,最终实现对敌方的突防。在针对航母编队中远防区突防的整个过程中需要考虑协同探测、多飞行器构型控制以及航迹规划等问题。综上所述,本文对以下几个方面进行了深入研究:首先,针对预警机的定位问题,对多飞行器协同探测问题进行数学建模,通过到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)基本原理进行描述,结合最大似然估计及最小二乘法对定位精度进行分析,推导该数学模型下的克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB),为多飞行器对预警机的定位跟踪问题提供误差校对标准。针对多飞行器对预警机进行跟踪问题,本文结合TDOA技术和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)跟踪算法,通过多飞行器协同探测获取预警机位置,将距离差信息作为观测值融入滤波算法,实现对预警机位置和速度的跟踪。然后,针对跟踪问题估计方法,为了提高估计精度,减少估计的不确定性,结合后验克拉美罗下界(Posterior Cramer-Rao Lower Bound,PCRLB),利用其与Fisher信息矩阵的互逆关系,将Fisher信息矩阵作为目标函数,优化设计探测组飞行器探测航迹构型。最后,针对多飞行器突防航迹规划问题,考虑预警机巡逻区约束,通过结合一致性理论和人工势场法设计领从模式下的多飞行器编队控制方法,实现整体编队对禁飞区的躲避,解决多飞行器的航迹规划问题。

关键词：多飞行器协同突防预警机定位跟踪 PCRLB 航迹规划

考虑驾驶仪动态特性的多飞行器编队构型控制方法

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战术导弹技术 2023年第2期 46-56,65页

作者：李威邓钧之周建平温求遒夏群利云南警官学院无人机协同创新中心昆明650223 北京理工大学宇航学院北京100081

针对多枚飞行器的空间编队构型控制问题,综合考虑外部扰动和飞行器驾驶仪一阶动态特性,基于虚拟结构法设计了有限时间收敛的控制律。基于微分几何理论,对飞行器的非线性运动方程进行了精确的线性化处理,得到了解耦的双积分系统;建立了... 详细信息

针对多枚飞行器的空间编队构型控制问题,综合考虑外部扰动和飞行器驾驶仪一阶动态特性,基于虚拟结构法设计了有限时间收敛的控制律。基于微分几何理论,对飞行器的非线性运动方程进行了精确的线性化处理,得到了解耦的双积分系统;建立了飞行器的跟踪误差矢量模型,采用滑模扰动观测器估计系统扰动,设计了一种新颖的二阶滑模控制律,可保证编队系统渐近收敛并在期望时刻形成最终构型;结合飞行场景,为满足对远距离目标的定位需求,给出了所需满足的空间构型约束条件,并得到了各飞行器在弹目视线坐标系下的期望终端位置矢量。仿真结果表明,所提控制方法可有效消除系统干扰和驾驶仪动态特性的影响,实现视线系下系统构型的高精度控制,蒙特卡洛仿真则进一步验证了控制方法的鲁棒性。

关键词：多飞行器驾驶仪动态特性空间编队构型滑模控制律设计有限时间收敛

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多飞行器的分布式优化研究现状与展望

航空学报 2021年第4期42卷 84-99页

作者：姜霞曾宪琳孙健陈杰北京理工大学自动化学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 同济大学电子与信息工程学院上海200082

航空领域的多个飞行器协同搜救、区域监控、编队飞行等实际任务具有个体数量多、信息分散、任务指标复杂等特点,分布式优化是实现上述任务中多飞行器有效协同的重要保证,具有重要的理论意义和显著的应用价值。从优化任务的问题模型、研... 详细信息

航空领域的多个飞行器协同搜救、区域监控、编队飞行等实际任务具有个体数量多、信息分散、任务指标复杂等特点,分布式优化是实现上述任务中多飞行器有效协同的重要保证,具有重要的理论意义和显著的应用价值。从优化任务的问题模型、研究框架和典型优化算法3个方面对分布式优化的研究现状进行了概述。根据不同的优化问题,从无约束的分布式凸优化、集合约束的分布式凸优化、不等式约束的分布式凸优化和分布式非凸优化这4个方面对分布式优化领域典型的研究成果进行了概述,并讨论了分布式优化研究的共性难点问题,对未来的分布式优化方向进行了展望。

关键词：多飞行器分布式优化控制决策协同合作通信与计算平衡

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基于任务分配的多飞行器协同航迹规划

系统工程理论与实践 2013年第9期33卷 2443-2448页

作者：汲万峰王光源严建钢孙钧正海军航空工程学院烟台264001

在综合考虑飞行器编队的飞行代价和作战效果的基础上,研究了基于任务分配的多飞行器协同航迹规划方法,构建了结合任务分配的飞行器编队协同航迹规划模型,设计了分解式协同航迹规划算法,可以有效地对多目标存在的情况进行综合权衡,得到... 详细信息

在综合考虑飞行器编队的飞行代价和作战效果的基础上,研究了基于任务分配的多飞行器协同航迹规划方法,构建了结合任务分配的飞行器编队协同航迹规划模型,设计了分解式协同航迹规划算法,可以有效地对多目标存在的情况进行综合权衡,得到合理的任务分配和航迹规划方案.仿真算例表明,这种航迹规划方法不仅能保证各飞行器选择合理的协同航迹,也使得作战任务可以获得最佳作战效果,有效地提高编队作战的效费比.

关键词：多飞行器协同航迹规划任务分配

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面向多飞行器的一致性协同估计方法

中国惯性技术学报 2018年第2期26卷 268-274页

作者：杨明赵恩娇晁涛王松艳哈尔滨工业大学控制与仿真中心哈尔滨150080

针对多飞行器协同拦截机动目标过程中的目标状态估计问题,提出了一种多飞行器对目标加速度的一致性协同估计方法。构建了多飞行器分布式协同估计结构,将扩张状态观测器和一致性理论相结合,设计了分布式协同一致性估计器。利用扩张状态... 详细信息

针对多飞行器协同拦截机动目标过程中的目标状态估计问题,提出了一种多飞行器对目标加速度的一致性协同估计方法。构建了多飞行器分布式协同估计结构,将扩张状态观测器和一致性理论相结合,设计了分布式协同一致性估计器。利用扩张状态观测器对目标状态进行估计,在此基础上利用一致性理论为各飞行器设计协调控制量,通过局部信息交换使得各飞行器得到一致的估计值,实现对目标加速度的精确估计。利用稳定性判定理论对一致性估计器的误差和收敛性能进行了分析,并将设计的一致性协同估计方法应用到协同拦截系统中进行了仿真验证。仿真结果显示,在不同的目标机动形式下,对目标加速度估计误差始终小于0.5 m/s^2,因此设计的一致性估计方法能够实现对目标加速度的精确估计,且具有较强的鲁棒性。

关键词：多飞行器协同估计扩张状态观测器机动目标一致性

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多飞行器动态目标追踪协同控制研究

飞行力学 2017年第4期35卷 52-55页

作者：田鹏云胡孟权空军工程大学航空航天工程学院陕西西安710038

多飞行器追踪动态目标是一个协同控制问题,需要根据目标飞行状态,协同各个追踪飞行器的飞行状态,最终能够在某动态的最佳点实现同时到达。考虑到目标具有较强的机动性,轨迹通常为非线性的,设计了一种基于非线性轨迹预测的、以剩余时间... 详细信息

多飞行器追踪动态目标是一个协同控制问题,需要根据目标飞行状态,协同各个追踪飞行器的飞行状态,最终能够在某动态的最佳点实现同时到达。考虑到目标具有较强的机动性,轨迹通常为非线性的,设计了一种基于非线性轨迹预测的、以剩余时间为控制变量的一致性控制方案。仿真结果表明,提出的控制方案能够实现空间位置相距较远的多飞行器动态追踪,具有较好的灵活性和收敛性,目标轨迹的预测结果与实际轨迹误差较小,恰当的轨迹估计有助于缩短追踪时间,提高追踪效率。

关键词：多飞行器同时到达轨迹预测动态追踪