一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法与流程

本发明属于飞行器制导控制领域，涉及一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，用于判定拦截飞行器的威胁程度。

背景技术：

1、高速飞行器具有航程远、速度快、机动灵活、载荷种类多等特点，相对于传统飞行器具有巨大的技术性能优势，对于先进飞行器的发展具有重大意义和深远影响。

2、随着飞行器攻防博弈技术的发展和进步，飞行器拦截的种类和方法逐渐增加，高速飞行器面临的拦截威胁愈加严重。为提高高速飞行器在博弈对抗中的的反拦截能力，需要对其面临的拦截态势进行威胁判定，为开展博弈对抗决策提供信息支撑。

3、常规的飞行器拦截威胁判定采用多属性决策法，如层次分析法、优劣解距离法和粗糙集方法等，通过调整各因素的权重实现对指定目标的综合威胁判定，但难以解决密集集群对抗下的拦截威胁判定问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，实现对来袭拦截飞行器集群的威胁判定。

2、本发明解决技术的方案是：

3、第一方面，本发明提供一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，步骤如下：

4、（1）获取拦截飞行器在发射坐标系下的位置、速度信息；

5、（2）根据步骤（1）获取的位置、速度信息，计算拦截飞行器位置、速度的估计值；

6、（3）根据步骤（1）获取的位置、速度信息，基于kalman滤波方法辨识出拦截飞行器在发射坐标系下的三轴加速度；

7、（4）根据步骤（2）得到的拦截飞行器位置估计值，计算拦截飞行器和自身的弹目距离；

8、（5）根据步骤（2）计算的拦截飞行器位置、速度估计值，基于拦截飞行器拦截自身假设，采用比例导引方法解算拦截飞行器的三轴加速度；

9、（6）根据步骤（3）辨识得到的加速度和步骤（5）解算得到的加速度，利用反余弦公式计算二者夹角；

10、（7）根据步骤（4）得到的弹目距离和步骤（6）得到的两加速度夹角，求解拦截飞行器的威胁程度值。

11、优选的，所述步骤（3）实现方法如下：

12、建立如下非线性系统状态方程：

13、

14、其中为k时刻的状态向量，是k时刻的状态转移矩阵，k时刻的过程噪声是均值为零的白噪声向量；为k+1时刻的观测向量，为k+1时刻的状态观测矩阵，k+1时刻的观测噪声是均值为零的白噪声向量；

15、卡尔曼滤波的公式如下：

16、状态预测：

17、

18、其中，为k+1时刻的状态预测量，为在辨识值处的雅克比矩阵，是对在处进行线性化处理的结果，与的乘积代表下一时刻的状态量；

19、协方差预测：

20、

21、其中，为k+1时刻协方差预测值，为k时刻协方差矩阵，为k时刻的对角方差矩阵；

22、观测量预测：

23、

24、其中，为k+1时刻观测量预测值，作为在辨识值处的雅克比矩阵，是在处进行线性化处理的结果，与的乘积代表下一时刻的状态量；

25、卡尔曼增益：

26、

27、其中，为k+1时刻的卡尔曼增益，为k+1时刻的对角方差矩阵；

28、状态更新：

29、

30、协方差更新：

31、

32、为k+1时刻的状态变量辨识值，为k+1时刻协方差辨识值；

33、已知拦截飞行器的速度和位置信息，利用上述公式，即可得到拦截飞行器加速度的辨识值:

34、

35、其中，分别为拦截飞行器在飞行器发射系下沿轴的加速度分量。

36、优选的，和计算公式如下：

37、

38、

39、其中，为拦截飞行器在飞行器发射系下沿轴的位置分量，为拦截飞行器在飞行器发射系下沿轴的速度分量；，为拦截飞行器9个状态量的动力学方程；，为拦截飞行器9个状态量的观测方程。

40、优选的，所述步骤（5）采用比例导引方法解算拦截飞行器的三轴加速度，具体为：

41、根据比例导引制导原理计算得到拦截飞行器拦截我方时的加速度：

42、

43、其中，和为拦截飞行器沿y,z轴的加速度分量，

n为比例导引系数，为视线俯仰角速率，为视线偏航角速率，为拦截飞行器与自身的距离和相对速度；

44、则拦截飞行器的加速度如下：

45、

46、优选的，所述步骤（5）中计算解算加速度所需的拦截飞行器与自身的距离、相对速度、视线俯仰角速率和视线偏航角速率计算公式如下，具体为：

47、（5.1）计算拦截飞行器和自身位置的相对位置：

48、

49、其中，为自身位置在发射坐标系下的三轴分量；

50、（5.2）计算拦截飞行器与自身的距离和相对速度:

51、

52、式中，为拦截飞行器与自身的距离，为拦截飞行器与自身的相对速度。

53、（5.3）计算拦截飞行器的视线俯仰角速率和视线偏航角速率:

54、

55、优选的，所述步骤（6）实现方法如下：

56、利用转换矩阵将辨识加速度和解算加速度转至同一坐标系下，利用反余弦公式求解二者夹角：

57、

58、其中，为辨识加速度转至气流坐标系的加速度，为解算加速度转至气流坐标系的加速度，为辨识加速度与解算加速度夹角的绝对值，均为3维向量，用于表征表达式。

59、优选的，所述步骤（7）求解拦截飞行器的威胁程度值的方法如下：

60、

61、其中，均为权重系数，为威胁判定值，是关于威胁判定值函数，得到的威胁判定值越小，威胁程度越大

62、第二方面，本发明提供一种终端设备，包括：

63、存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；

64、处理器，用于执行存储器中存储的指令，实现上述第一方面所述的方法。

65、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法。

66、本发明与现有技术相比的有益效果是：

67、（1）相比于常规的多属性决策拦截威胁判定方法难以解决密集集群对抗的拦截威胁评估问题，本发明基于目标加速度的拦截威胁判定方法能够区分密集集群中各拦截飞行器的拦截威胁程度。

68、（2）相比于常规的多属性决策拦截威胁判定方法直接采用目标状态量进行加权评估的方式，本发明基于目标加速度的拦截威胁判定方法从拦截制导律（比例导引法）入手，基于拦截自身假设逆向求解虚拟的解算加速度矢量，计算其与拦截飞行器辨识加速度的夹角，进而对拦截飞行器进行威胁判定。

1.一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于：所述步骤（3）实现方法如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于：和计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于：所述步骤（5）采用比例导引方法解算拦截飞行器的三轴加速度，具体为：

5.根据权利要求4所述的一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于：所述步骤（5）中计算解算加速度所需的拦截飞行器与自身的距离、相对速度、视线俯仰角速率和视线偏航角速率计算公式如下，具体为：

6.根据权利要求1所述的一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于：所述步骤（6）实现方法如下：

7.根据权利要求1所述的一种基于目标加速度的拦截威胁判定方法，其特征在于：所述步骤（7）求解拦截飞行器的威胁程度值的方法如下：

8.一种终端设备，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任一项所述的方法。