多飞行器协同制导与控制

本书是飞行器制导与控制领域的一本专著，主要介绍多飞行器的协同任务规划和航迹规划、编队控制、协同末制导及协同拦截技术。书中介绍了相关技术的研究背景、问题描述、解决思路及方法和应用场景。主要内容有：多异构无人机的协同任务规划技术、基于分段贝塞尔曲线的多飞行器航迹规划技术、多飞行器动态面和预设性能编队控制技术、多飞行器分布式编队控制和防碰撞技术、协同制导律、基于弹目距离跟踪的协同制导律、基于模型预测静态规划理论的协同制导律、基于虚拟导引点的协同导引方法、适用于助推滑翔高超声速的协同制导律、不同通讯方式时的目标/防御弹协同拦截制导律以及目标/多防御弹协同拦截制导律。本书内容丰富翔实，具有较强的前瞻性和实用性。 本书既可供从事多飞行器协同作战技术研究的科研人员参考，也可作为高等院校飞行器设计及相关专业研究生的参考教材。

王晓芳，女，博士，北京理工大学宇航学院飞行器工程系副教授。长期从事飞行力学、飞行器总体设计、动力学与控制领域的研究工作，近年来对多飞行器协同作战技术进行了深入研究，在飞行器建模、动力学机理、协同制导与控制、航迹规划、火力分配、作战性能评估等方面积累了丰富的研究经验；教学方面，讲授飞行器设计与工程专业必修课“飞行力学”并建设相应慕课（https://www.icourse163.org/course/BIT-1449639162）。承担自然科学基金、预研项目、重点实验室基金、横向合作项目等十多项；已在期刊/会议上发表学术论文40余篇；以申请人授权发明专利8项；已出版北京市本科教材1部；获北京理工大学教育教学成果一等奖2项。

第1章 绪论 1.1 多飞行器协同任务规划及航迹规划技术 1.2 多飞行器编队控制技术 1.3 多飞行器协同末制导技术 1.4 多飞行器协同拦截技术 第2章 多飞行器协同任务规划技术 2.1 异构多无人机任务规划建模 2.1.1 任务规划场景描述 2.1.2 任务规划约束条件 2.1.3 任务规划性能指标函数 2.2 基于多类型基因策略的协同任务规划算法 2.2.1 避免“死锁”现象的遗传算法编码 2.2.2 多基因编码改进遗传算法 2.2.3 基于MGA的任务规划方法流程 2.3 基于Dubins路径协调的可飞航迹 第3章 基于分段贝塞尔曲线的多飞行器协同航迹规划技术 3.1 分段贝塞尔曲线航迹规划相关基础理论 3.1.1 分段贝塞尔曲线 3.1.2 德洛奈三角划分方法 3.2 导弹贝塞尔曲线航迹模型 3.3 基于贝塞尔航迹的协同航迹规划方法 3.3.1 分段贝塞尔航迹优化 3.3.2 单枚导弹具有攻击角度约束的航迹规划 3.3.3 多枚导弹协同航迹规划方法 3.3.4 协同航迹时空安全性判断与重生成 第4章 多飞行器动态面编队控制技术 4.1 领弹-从弹相对运动模型 4.1.1 坐标系定义及转换 4.1.2 相对运动模型 4.2 多导弹编队控制模型 4.3 动态 动态面编队控制器设计 4.3.1 考虑控制量饱和的控制器设计 4.3.2 控制器的稳定性证明 4.4 基于高斯伪谱法的快速编队理想轨迹生成 4.4.1 编队约束条件 4.4.2 编队性能指标函数 第5章 多飞行器预设性能编队控制技术 5.1 编队控制模型及预设性能编队控制器 5.1.1 编队控制模型 5.1.2 预设性能编队控制器 5.2 基于预设性能控制理论的多飞行器避碰策略 第6章 多飞行器分布式编队控制技术 6.1 相关基础 6.1.1 导弹运动模型 6.1.2 代数图论和矩阵理论 6.1.3 信息一致性理论 6.2 理想通信时的一致性编队算法 6.3 存在通信噪声时的一致性编队算法 6.3.1 存在加性通信噪声的多飞行器系统 6.3.2 考虑通信噪声的改进一致性编队算法 第7章 多飞行器编队飞行防碰撞技术 7.1 人工势场法相关理论 7.1.1 人工势场法的原理 7.1.2 人工势场的性质 7.2 多导弹编队防碰撞控制方法 7.2.1 多导弹间人工势场 7.2.2 基于人工势场与信息一致性的防碰撞控制方法 7.2.3 局部极小点问题及解决思路 第8章 最优协同制导律 8.1 导弹平面运动模型 8.2 最优反馈指令求解 8.3 附加制导指令的确定 8.4 基于ITCG和预测校正的协同制导律 8.4.1 导弹-目标相对运动模型 8.4.2 基于预测校正的攻击时间约束制导律 第9章 基于弹目距离跟踪的协同制导律 9.1 导引关系模型 9.2 理想弹目距离及跟踪指令 9.3 速度前置角跟踪控制设计及分析 第10章 基于模型预测静态规划理论的协同制导律 10.1 模型预测静态规划理论 10.2 三维空间导弹-目标运动模型 10.3 具有攻击时间约束的初始猜测控制量 10.3.1 虚拟领弹运动规律 10.3.2 从弹协同策略 10.3.3 虚拟领弹运动及从弹协同策略关键参数 10.4 基于MPSP的协同制导律 第11章 基于虚拟导引点的多弹协同作战导引方法 11.1 导弹与虚拟导引点的相对运动模型 11.2 导引点轨迹及相对距离设计 11.2.1 导引点轨迹设计 11.2.2 导弹-导引点相对距离设计 11.3 跟踪导引点控制器 第12章 助推滑翔高超声速飞行器三维协同制导律 12.1 三维空间高超声速飞行器运动模型 12.2 指定攻击时间的三维协同末制导律 12.2.1 同时具有攻击时间约束和攻击角度约束的三维制导律 12.2.2 末制导可行初始位置域 12.3 基于弹间通信的协同末制导律 第13章 目标-防御弹双向协同拦截制导律 13.1 目标-攻击弹-防御弹相对运动模型 13.2 目标-防御弹双向通信非线性协同拦截制导律 13.2.1 协同拦截最优控制模型 13.2.2 协同拦截制导律求解 13.2.3 特殊情况分析 13.3 多约束条件下防御弹的可行域 13.3.1 防御弹可行攻击角区域 13.3.2 防御弹可行发射角区域 第14章 目标-防御弹单向协同拦截制导律 14.1 单向协同拦截制导问题建模 14.2 单向协同拦截制导律 14.2.1 目标单向协同制导律 14.2.2 防御弹单向协同制导律 第15章 目标-多防御弹协同拦截制导律 15.1 目标-两防御弹协同拦截问题建模 15.2 目标-两防御弹协同拦截制导律 15.2.1 防御弹1的制导律 15.2.2 防御弹2的协同制导律 15.3 两防御弹发射时间间隔优化 参考文献