小型无人机末端协同到达控制方法研究

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世纪之交的几次局部战争中,无人机体现出极高的军事价值,成为各国军方研究的热点之一。近年来,通信技术的进步以及人工智能的应用,促进了无人机集群技术的发展,使得未来无人机集群化、有人/无人协同作战成为可能,推动着战争模式的根本性转变。融合导弹与无人机特性而设计的小型作战用无人机,为现代低成本高收益的作战模式提供了一种有效手段。本文以小型无人机为研究对象,针对多无人机在协同打击过程中的协同到达问题进行研究,主要从以下几个方面展开讨论:首先,针对小型无人机实施末端打击的特点,利用其所具有的无人机特性,对动力学模型及约束条件进行分析与简化,设计了一种平面快速航迹规划方法,并证明了其可行性与最优性。通过引入下滑角的约束条件将其扩展为三维航迹规划方法,结合轨迹调整策略及轨迹延伸方法,实现三维轨迹最优性与可行性的均衡,并且通过仿真实验验证了航迹规划方法的可行性。其次,为了确保打击过程的收敛性,通过仿真实验对比分析了比例导引及其改进的末制导方法,并利用其所具有的导弹特性,提出了一种适用于此类无人机的改进的比例导引律,通过实际飞行试验验证了制导律的有效性。第三,为充分发挥此类无人机两种特性的优势,实现低成本高收益的打击效果,论文设计了一种时空约束下的多无人机协同攻击分段控制方法。通过威胁半径的设计,实现两种模式的自动转换,基于所设计的协同航迹规划方法引导多无人机实现空间均匀分布与时间协同,并基于所设计的末制导方法实现小范围误差修正与快速围攻,最终实现协同打击的目的。通过四架无人机协同打击的仿真实验验证了所提出的分段控制方法的可行性。
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