事件触发机制下具有视场约束的三维协同制导

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28687

电子电气工程与控制

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事件触发机制下具有视场约束的三维协同制导

何智川¹^,², 王江¹^,², 范世鹏¹^,²(), 王鹏¹^,², 侯淼¹^,²

^1.北京理工大学宇航学院，北京　100081
^2.北京理工大学中国?阿联酋智能无人系统“一带一路”联合实验室，北京　100081

收稿日期:2023-03-13 修回日期:2023-04-18 接受日期:2023-06-01 出版日期:2024-02-15 发布日期:2023-06-06
通讯作者: 范世鹏 E-mail:fspzxm@sina.com
基金资助:
国家自然科学基金(61827901)

Three-dimensional cooperative guidance with field-of-view constraints based on event-triggered mechanism

Zhichuan HE¹^,², Jiang WANG¹^,², Shipeng FAN¹^,²(), Peng WANG¹^,², Miao HOU¹^,²

^1.School of Aerospace Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 　100081，China
^2.China-UAE Belt and Road Joint Laboratory on Intelligent Unmanned System，Beijing Institute of Technology，Beijing　100081，China

Received:2023-03-13 Revised:2023-04-18 Accepted:2023-06-01 Online:2024-02-15 Published:2023-06-06
Contact: Shipeng FAN E-mail:fspzxm@sina.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61827901)

摘要/Abstract

摘要：

针对多枚反舰导弹同时攻击舰艇目标的实际需求，考虑导引头视场角约束，研究了事件触发控制方式下的时间协同制导问题。基于三维耦合模型提出了一种由三维比例导引律（PNG）和事件触发偏置项组成的三维时间协同制导律，并给出了事件触发条件。该偏置项利用非线性函数来确保总前置角的有界性，以满足导引头的视场角约束，并且通过分布式事件触发一致性协议，使弹群的攻击时间能够收敛到一致，并有效降低协同控制系统更新频率，减少通信资源消耗。基于Lyapunov理论证明了所提出分布式协同制导律的稳定性，且不存在Zeno现象。最后，通过数学仿真验证了所提出的三维协同制导方法的有效性和鲁棒性。

关键词: 事件触发, 视场角约束, 时间协同制导, 协同通信, 不连续通信

Abstract:

To meet the requirement for simultaneousness of multiple anti-ship missiles in attacking a ship target， this paper investigates the time-cooperative guidance problem with the event-triggered control method by considering the seeker’s field-of-view constraint. A three-dimensional time-cooperative guidance law consisting of the three-dimensional proportional navigation guidance law and an event-triggered bias term is proposed based on the three-dimensional coupled nonlinear model， and the event- event-triggering conditions are also provided. The bias term utilizes a nonlinear function to ensure that the velocity lead angle is bounded to satisfy the seeker’s field-of-view constraint and enables the impact times of multiple missiles can synchronize by means of a distributed event-triggered consensus protocol， thus reducing the frequency of cooperative control system updates and communication resource consumption. Using the Lyapunov theory， the convergence of the proposed distributed cooperative guidance law is demonstrated to have no Zeno behavior. Finally， numerical simulations are conducted to verify the effectiveness and robustness of the proposed three-dimensional cooperative guidance law.

Key words: event-triggered, field-of-view constraint, time cooperative guidance, cooperative communication, discontinuous communication

中图分类号:

V448

何智川, 王江, 范世鹏, 王鹏, 侯淼. 事件触发机制下具有视场约束的三维协同制导[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 328687-328687.

Zhichuan HE, Jiang WANG, Shipeng FAN, Peng WANG, Miao HOU. Three-dimensional cooperative guidance with field-of-view constraints based on event-triggered mechanism[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(3): 328687-328687.

图/表 11

图 1

图 2

表 1

仿真初始条件

导弹	位置/km	速度/（m·s^-1）	前置倾角/（°）	前置偏角/（°）
$M 1$	（6， 0， 7）	260	10	-10
$M 2$	（7， 0， 6）	270	20	15
$M 3$	（8， 0， 5）	260	25	-15
$M 4$	（9， 0， 4）	280	20	-20

表 1

图 3

图 4

图 5

图 6

表 2

不同初始条件

导弹	位置/km	速度/（m·s^-1）	前置倾角/（°）	前置偏角/（°）
$M 1$	（5， 0， 6）	300	10	-10
$M 2$	（8， 0， 3）	320	0	44
$M 3$	（7， 0， 3）	300	44	0
$M 4$	（6， 0， 5）	310	10	10

表 2

图 7

图 8

图 9

参考文献 29

1	AI X L， WANG L L， SHEN Y C. Co-operative 3D salvo attack of multiple missiles under switching topologies subject to time-varying communication delays［J］. The Aeronautical Journal， 2019， 123（1262）： 464-483.
2	王思卓，范世鹏，林德福，等. 考虑目标机动和落角约束的二阶滑模制导律［J］. 兵工学报， 2022， 43（12）： 3048-3061.
	WANG S Z， FAN S P， LIN D F， et al. Second order sliding mode guidance law considering target maneuver and impact angle constraint［J］. Acta Armamentarii， 2022， 43（12）： 3048-3061 （in Chinese）.
3	董晓飞，任章，池庆玺，等. 有向拓扑条件下针对机动目标的分布式协同制导律设计［J］. 航空学报， 2020， 41（S1）： 723762.
	DONG X F， REN Z， CHI Q X， et al. Distributed cooperative guidance for maneuvering targets with directed conmunication topologies［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2020， 41（S1）： 723762 （in Chinese）.
4	ZHANG C Y， SONG J M， HUANG L. The time-to-go consensus of multi-missiles with communication delay［C］∥ 2017 36th Chinese Control Conference （CCC）. Piscataway： IEEE Press， 2017： 7634-7638.
5	赵建博，杨树兴. 多导弹协同制导研究综述［J］. 航空学报， 2017， 38（1）： 020256.
	ZHAO J B， YANG S X. Review of multi-missile cooperative guidance［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2017， 38（1）： 020256 （in Chinese）.
6	张民，夏卫政，黄坤，等. 基于Leader-Follower编队的无人机协同跟踪地面目标制导律设计［J］. 航空学报， 2018， 39（2）： 321497.
	ZHANG M， XIA W Z， HUANG K， et al. Guidance law for cooperative tracking of a ground target based on leader-follower formation of UAVs［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2018， 39（2）： 321497 （in Chinese）.
7	吕腾，吕跃勇，李传江，等. 带空间协同的多导弹时间协同制导律［J］. 航空学报， 2018， 39（10）： 322115.
	LYU T， LYU Y Y， LI C J， et al. Time-cooperative guidance law for multiple missiles with spatial cooperation［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2018， 39（10）： 322115 （in Chinese）.
8	JEON I S， LEE J I， TAHK M J. Impact-time-control guidance law for anti-ship missiles［J］. IEEE Transactions on Control Systems Technology， 2006， 14（2）： 260-266.
9	JEON I S， LEE J I， TAHK M J. Impact-time-control guidance with generalized proportional navigation based on nonlinear formulation［J］. Journal of Guidance， Control， and Dynamics， 2016， 39（8）： 1885-1890.
10	ZHOU J L， YANG J Y. Guidance law design for impact time attack against moving targets［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems， 2018， 54（5）： 2580-2589.
11	肖惟，于江龙，董希旺，等. 过载约束下的大机动目标协同拦截［J］. 航空学报， 2020， 41（S1）： 723777.
	XIAO W， YU J L， DONG X W， et al. Cooperative interception against highly maneuvering target with acceleration constraints［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2020， 41（S1）： 723777 （in Chinese）.
12	王雨辰，王伟，林时尧，等. 考虑攻击时间及空间角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计［J］. 兵工学报， 2023， 44（9）： 2778-2790.
	WANG Y C， WANG W， LIN S Y， et al. Three-dimensional adaptive sliding mode cooperative guidance law with impact time and angle constraints［J］. Acta Armamentarii， 2023， 44（9）： 2778-2790 （in Chinese）.
13	李国飞，朱国梁，吕金虎，等. 主-从多飞行器三维分布式协同制导方法［J］. 航空学报， 2021， 42（11）： 524926.
	LI G F， ZHU G L， LYU J H， et al. Three-dimensional distributed cooperative guidance law for multiple leader-follower flight vehicles［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2021， 42（11）： 524926 （in Chinese）.
14	唐杨，祝小平，周洲，等. 一种基于攻击时间和角度控制的协同制导方法［J］. 航空学报， 2022， 43（1）： 324844.
	TANG Y， ZHU X P， ZHOU Z， et al. Cooperative guidance method based on impact time and angle control［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（1）： 324844 （in Chinese）.
15	司玉洁，熊华，宋勋，等. 三维自适应终端滑模协同制导律［J］. 航空学报， 2020， 41（S1）： 723759.
	SI Y J， XIONG H， SONG X， et al. Three dimensional guidance law for cooperative operation based on adaptive terminal sliding mode［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2020， 41（S1）： 723759 （in Chinese）.
16	JEON I S， LEE J I， TAHK M J. Homing guidance law for cooperative attack of multiple missiles［J］. Journal of Guidance， Control， and Dynamics， 2010， 33（1）： 275-280.
17	赵世钰，周锐. 基于协调变量的多导弹协同制导［J］. 航空学报， 2008， 29（6）： 1605-1611.
	ZHAO S Y， ZHOU R. Multi-missile cooperative guidance using coordination variables［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2008， 29（6）： 1605-1611 （in Chinese）.
18	HE S M， WANG W， LIN D F， et al. Consensus-based two-stage salvo attack guidance［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems， 2018， 54（3）： 1555-1566.
19	SANG D K， TAHK M J. Guidance law switching logic considering the seeker’s field-of-view limits［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part G： Journal of Aerospace Engineering， 2009， 223（8）： 1049-1058.
20	CHEN Y D， WANG J N， WANG C Y， et al. Three-dimensional cooperative homing guidance law with field-of-view constraint［J］. Journal of Guidance， Control， and Dynamics， 2019， 43（2）： 389-397.
21	杨哲，林德福，王辉. 带视场角限制的攻击时间控制制导律［J］. 系统工程与电子技术， 2016， 38（9）： 2122-2128.
	YANG Z， LIN D F， WANG H. Impact time control guidance law with field-of-view limit［J］. Systems Engineering and Electronics， 2016， 38（9）： 2122-2128 （in Chinese）.
22	JEON I S， LEE J I. Impact-time-control guidance law with constraints on seeker look angle［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems， 2017， 53（5）： 2621-2627.
23	ZHANG H， YANG R H， YAN H C， et al. Distributed event-triggered control for consensus of multi-agent systems［J］. Journal of the Franklin Institute， 2015， 352（9）： 3476-3488.
24	LI X W， SUN Z Y， TANG Y， et al. Adaptive event-triggered consensus of multiagent systems on directed graphs［J］. IEEE Transactions on Automatic Control， 2021， 66（4）： 1670-1685.
25	WANG H， YU W W， WEN G H， et al. Fixed-time consensus of nonlinear multi-agent systems with general directed topologies［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems II： Express Briefs， 2019， 66（9）： 1587-1591.
26	吴新杰，陈世明. 基于事件触发的非线性多智能体系统的固定时间分群一致性［J］. 控制与决策， 2023， 38（5）： 1278-1285.
	WU X J， CHEN S M. Fixed-time group consensus control for nonlinear multi-agent systems based on event-triggered mechanism［J］. Control and Decision， 2023， 38（5）： 1278-1285 （in Chinese）.
27	HE S M， LIN D F. Three-dimensional optimal impact time guidance for antiship missiles［J］. Journal of Guidance， Control， and Dynamics， 2018， 42（4）： 941-948.
28	毛宁，范军芳，李斌. 基于快速一致性理论的多导弹协同制导［J］. 兵器装备工程学报， 2021， 42（5）： 227-234.
	MAO N， FAN J F， LI B. Multi-missile cooperative guidance based on fast consistency theory［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering， 2021， 42（5）： 227-234 （in Chinese）.
29	LEWIS F L， ZHANG H W， HENGSTER-MOVRIC K， et al. Cooperative control of multi-agent systems： Optimal and adaptive design approaches［M］. London： Springer London， 2014.

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

[1]	郭洪振, 陈谋, 戴永东, 王茂飞. 分布式自适应事件触发四旋翼无人机编队控制[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729917-729917.
[2]	张豪, 王鹏, 汤国建, 包为民. 高超声速变外形飞行器事件触发有限时间控制[J]. 航空学报, 2023, 44(15): 528494-528494.
[3]	李昊键, 刘远贺, 梁彦刚, 黎克波. 考虑视场角约束的碰撞角控制预设性能制导律[J]. 航空学报, 2023, 44(15): 528764-528764.
[4]	李笑宇, 冯肖雪, 潘峰, 蒲宁. 网络攻击下无人机信息物理系统的自适应状态估计[J]. 航空学报, 2022, 43(3): 325193-325193.
[5]	杨胜江, 温求遒, 周冠群, 夏群利, 黄文宇. 考虑捷联导引头最小视场角约束的制导策略[J]. 航空学报, 2020, 41(S2): 724449-724449.
[6]	胡利平, 梁晓龙, 何吕龙, 张佳强, 任宝祥, 齐铎. 基于情景分析的航空集群决策规则库构建方法[J]. 航空学报, 2020, 41(S1): 723737-723737.
[7]	王东, 王泽华, 刘洋, GU Dongbing, 王伟. 基于事件触发的异构多智能体最优包含控制[J]. 航空学报, 2020, 41(S1): 723775-723775.

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