[发明专利]一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突协调方法

摘要

本发明公开了一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突协调方法，属于飞行器编队导航、制导与控制技术领域。本发明首先给出了编队冲突预测的方法，并以此来预测编队冲突；然后，提出了移动冲突队形位置的冲突协调方法，给出了编队冲突协调指令的约束条件，提出了基于距离的导弹自主编队的群体代价，并设计了编队冲突协调算法的流程，通过优化算法得到的最优的编队冲突协调指令避免了编队冲突和冲突的“链式效应”，并缩短了编队队形形成的时间，保证了编队队形控制的安全、稳定与高效。

主权项

1.一种导弹自主编队在队形控制过程中的冲突协调方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步，给出编队队形坐标系的定义、编队队形的定义、编队队形的形成条件、编队冲突的定义以及两个节点之间存在潜在冲突的条件；所述的编队队形包括编队静态队形、编队绝对队形和编队相对队形；第二步，针对编队冲突预测算法预测到的一个编队冲突，采用移动冲突队形位置的冲突协调方法，得到冲突协调指令；第三步，给出冲突协调指令的约束条件，基于距离的导弹自主编队的群体代价，将编队冲突协调问题转化为非线性约束优化问题；第四步，针对编队冲突池中的冲突，通过优化算法生成和选取优化后的编队冲突协调指令，如果生成了，则输出；否则，编队需要重新决策新的编队相对队形指令；第一步中所述的编队队形坐标系为O_cx_cy_cz_c，坐标原点O_c与编队队形参考位置Q_r(t)相重合，x_c轴在二维编队平面内指向编队队形所规定的前向，z_c轴在二维编队平面内垂直于x_c轴指向右侧，y_c轴垂直于二维编队平面向上；绝对坐标系选取为地面坐标系，即坐标原点O_g为地面上任意一点，x_g轴位于地平面并指向某一方向，y_g轴垂直于地面并指向地心，z_g轴也位于地平面并垂直于x_g轴，其方向按照右手定则确定；由编队队形坐标系与绝对坐标系之间的关系定义编队队形偏航角ψ_c为：x_c在地平面上的投影与绝对坐标轴x_g之间的夹角，ψ_c左偏为正；所述的编队静态队形定义为[SC_i]_n×1，SC_i表示导弹自主编队成员ε_i在编队队形坐标系中的静态队形位置矢量,n为编队规模，i＝1,2,…,n；所述的编队绝对队形定义为[C_i(t)]_n×1，C_i(t)表示导弹自主编队成员ε_i在绝对坐标系中的绝对队形位置矢量，其计算公式为：其中为编队队形坐标系到绝对坐标系的转换矩阵；所述的编队相对队形矩阵定义为[C_ij]_n×n，其中,C_ij表示导弹自主编队成员ε_i和导弹自主编队成员ε_j的相对队形位置关系，t表示时刻；以C_i(t)的终点为圆心，以σ_ci为半径的圆域定义为C_i(t)的绝对队形圆域；其中：σ_ci＝k_ci·σ_i，k_ci≥0为C_i(t)的绝对队形系数；σ_i表示单个导弹自主编队成员保持与其它导弹自主编队成员相对距离的标准差，Q_ci(t)表示绝对队形圆域内的一点；当前编队形成编队绝对队形的条件定义为：当前编队形成编队相对队形的条件定义为：其中，I＝{1,2,…,n}导弹自主编队成员编号集合，Q_ij(t)＝Q_j(t)‑Q_i(t)为导弹自主编队成员ε_i与导弹自主编队成员ε_j的相对位置矢量，Q_j(t)为导弹自主编队成员ε_i的绝对位置矢量，σ_cij为导弹自主编队成员ε_i与导弹自主编队成员ε_j的加权相对距离标准差；σ_cij＝k_cij·σ_ij   (5)k_cij≥0为C_ij的相对队形系数；σ_ij表示两个导弹自主编队成员保持它们之间相对距离的标准差；假设导弹自主编队成员ε_i与导弹自主编队成员ε_j在相对距离的保持上是互不相关的随机过程，则σ_ij²＝σ_i²+σ_j²   (6)编队冲突定义为：导弹自主编队在编队队形形成的过程中的时刻t，即Δd_ij(t)＞σ_cij，产生导弹自主编队成员间的距离d_ij(t)不大于相对安全距离d_sij的现象，即d_ij(t)≤d_sij；编队冲突用CF_ij表示，i,j表示发生冲突的导弹自主编队成员编号，也表示发生冲突的队形位置编号，整个编队冲突的集合定义为冲突池CP，其中，d_sij表示导弹自主编队成员ε_i和导弹自主编队成员ε_j的相对安全距离，即当它们间的距离d_ij(t)≤d_sij时，说明发生了编队冲突，必须采取必要的避碰措施；用于冲突预测的相对安全距离定义为：其中，k_s＞1表示余度系数，d_sij表示实际的安全距离；ε_i和ε_j之间存在潜在的冲突的充分必要条件为：其中，条件(8)‑(a)(b)(c)的物理意义为：Q_ij(t)还没有形成C_ij；条件(8)‑(d)的物理意义为：d_ij(t)的最小值小于等于