[01491355]动态不确定环境下多无人飞行器协同控制关键技术与应用

项目主要技术内容： 如何通过有效的协同控制策略支持动态不确定环境下多无人飞行器(UnmannedAerialVehicle，UAV)协同侦察、攻击多目标，满足在时空约束下以最大的成功概率和最低的风险命中目标，极具理论价值和实战意义。该项目从现役的和在研的UAV典型使用模式出发，对多UAV协同控制技术进行了深入的探讨，重点解决三个关键问题： （1）解决动态不确定环境下具有时间约束的多UAV协同航迹规划问题，并应用于打击近岸、岛礁目标以及典型编队目标。 1）研究具有实时性的在线多飞行器协同航迹规划问题，结合协同分配优化，能处理复杂动态环境和复杂的任务约束条件； 2）研究不确定环境下具有时间约束的动态航迹规划问题，实现多架UAV同时到达目标的控制要求，并满足UAV协同飞行的有效性和实时性； 3）研究一种基于捕捉方式的末端航路规划方法应用于侦察、打击近岸、岛礁目标以及典型编队目标，并规划无人飞行器进入目标的末端航路选择范围和选定的捕捉方式。 （2）解决噪声和时滞下多UAV一致性协同编队飞行问题，应用于两架某固定翼飞行器协同编队飞行试验中。 多UAV面临复杂的电磁环境，数据链通信服务质量难以保证，协同编队可能难以形成。解决以下三个问题： 1）设计基于相对误差的三维非线性编队保持控制器，满足UAV编队控制的鲁棒性和稳定性； 2）考虑到UAV飞行编队中存在多个不同通信时滞和系统模型的不确定性，设计具有多时滞的编队控制律，确定编队系统的时滞依赖稳定性条件； 3）考虑到噪声、时滞以及通信权重不确定性，设计具有时变增益的一致性编队控制律，有效抑制系统噪声对编队的影响，满足给定的性能指标，在某固定翼UAV中进行了飞行实验验证。 （3）解决具有攻击角度和时间约束的多导弹（UAV的机载精确制导武器）三维协同制导律问题，有效提高作战效能,应用于飞行器控制导引系统。 1）研究带有攻击角度和攻击时间约束的单枚导弹三维制导律问题； 2）研究同时具有攻击角度和攻击时间约束的多导弹三维协同制导律，采用基于虚拟领弹的分阶段制导方法，结合非线性动态逆法进行控制器设计，实现多导弹以不同攻击角度同时对目标实施饱和攻击，有效提高了多导弹攻击多目标的作战效能。 授权专利情况和论文发表情况： 该项目获发明专利授权2项，软件著作权1项，在《JournalofAerospaceEngineering》等发表论文四十三篇，他引二百余次。代表的前八篇论文在(SCI-EXPAND)中被引用32次，他引24次；在中国科学引文数据库(CSCD)中，被引用58次，他引56次；在WebofScience核心全集中被引用43次，他引35次。专著《多无人飞行器协同》将由北京航空航天大学出版社出版，译著《空中机器人规划与决策》得到装备科技译著基金的支持。 应用推广及效益情况： 研究成果应用于UAV任务规划系统、多UAV协同打击典型目标的预演方案中；应用于UAV侦察、打击近岸、岛礁和典型编队目标中；应用于某航空重点实验室固定翼无人机的编队飞行试验中。应用前景广阔，其成果可进一步应用在提高多UAV网络化编队协同作战能力、电子战一体化和作战效能评估方面，也可促进民用无人机协同控制技术的发展。