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多飞行器协同制导控制技术-成果

【摘要】:多飞行器编队飞行可极大地提升目标搜索、抗电磁干扰及突防能力,是多飞行器协同作战的关键技术。关于多飞行器的编队控制模式,目前主要有虚拟结构模式、基于行为的模式和“领-从”模式。在“领-从”模式中,编队中的某一成员作为领导者,负责编队的航迹规划和生成、目标探测等任务,而其余成员作为跟随者跟踪领导者飞行,以实现编队队形的形成、保持和变换。不同的通信模式和编队控制模式对应不同的编队控制技术。

多飞行器编队飞行可极大地提升目标搜索、抗电磁干扰及突防能力,是多飞行器协同作战的关键技术。

关于多飞行器的编队控制模式,目前主要有虚拟结构模式、基于行为的模式和“领-从”模式。虚拟结构模式采用一个虚拟刚体来描述期望的编队队形,每个编队成员作为虚拟刚体上相对位置固定的点,当队形移动时,每个成员跟踪相应的固定位置点即可。基于行为的模式首先定义一系列编队行为,这些行为可包括跟踪期望轨迹、防碰撞、避障及编队保持等,然后每个飞行器根据行为选择准则来选定某种行为并执行。在“领-从”模式中,编队中的某一成员作为领导者,负责编队的航迹规划和生成、目标探测等任务,而其余成员作为跟随者跟踪领导者飞行,以实现编队队形的形成、保持和变换。

从飞行器之间通信模式的角度,其可分为集中式、分布式、集散式。当多飞行器采用集中式通信模式时,某个飞行器(通常是领导者飞行器)上存在着集中计算单元,其他飞行器将信息(位置、速度等)传输给集中计算单元,集中计算单元根据一定规则进行处理后,将指令分发给各飞行器,各飞行器按照指令飞行来形成编队并保持。集中式通信模式的优点是信息传输直接、处理效率高、编队形成速度较快;它的缺点是集中计算单元计算负荷较重,而且一旦装有集中计算单元的飞行器被击毁,整个编队的协同作战任务将失败。在分布式通信模式中,不存在集中计算单元,各飞行器只与邻近的飞行器进行通信,当通信拓扑满足一定条件时,飞行器之间通过局部的数据交换就可以达到某些状态量全局的一致。分布式通信模式的优点是比较灵活可靠,其缺点是编队形成速度通常比集中式通信模式慢。集散式则是集中式和分布式的综合。

不同的通信模式和编队控制模式对应不同的编队控制技术。在设计编队控制方法时,不仅要满足队形形成及变换速度、队形稳态精度的要求,还要满足在队形形成与变换过程中避免弹间碰撞的要求,同时要考虑飞行器自身速度特性和可用法向过载的约束。另外,在飞行过程中,弹间的信息传输往往是不理想的,存在着噪声和延迟,此时,如何设计通信拓扑和编队控制方法来保证要求的编队速度和精度是要解决的关键问题。