一种针对无人机集群协同对抗的决策方法

文档序号:25541666发布日期:2021-06-18 20:37阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种针对无人机集群协同对抗的决策方法,其特征在于,包括:

步骤1:分析蓝方突防无人机与红方拦截无人机的对抗模式;

步骤2:当蓝方无人机从通道宽度的中心位置q水平方向突袭时,判断是否存在一个通道宽度m的下限mmin,当实际通道宽度m比mmin大时,蓝方无人机一定能突破红方无人机集群的拦截;

步骤3:为防止蓝方无人机的突防,从红方无人机的角度计算红方两架运载机两个波次发射的无人机数量、每架运载机第二波次发射的时刻和位置以及第二波次发射的无人机集群的中心位置,以实现最优的拦截效果;

步骤4:判断是否存在一个通道宽度的上限mmax,当实际通道宽度m小于mmax时,无论蓝方无人机采用什么样的突防策略,红方无人机集群均存在相应的拦截策略,在区域abcd内成功阻止蓝方无人机的突防,由于红方无人机在飞行总时间内的飞行距离必定等于最佳拦截距离,则d=d2,即

当m=mmax,d=d2时,计算出通道宽度的上限

其中,l表示攻击纵深,m表示通道宽度,d表示红方无人机集群的捕捉距离,d2表示红方无人机的最远飞行距离。

2.根据权利要求1所述的一种针对无人机集群协同对抗的决策方法,其特征在于,所述步骤1包括:

步骤1.1:根据红方无人机集群中任意两架无人机fy0101、fy0102的拦截域,确定任意两架无人机的拦截半径op,其中o表示红方无人机围成的集群圆周的圆心,p表示无人机fy0101的拦截域与无人机fy0102的拦截域的交点;

步骤1.2:以点o为圆心、op为半径所形成的圆形区域即为红方无人机集群形成的最大拦截域sf,集群中的所有无人机成圆形阵列排列;

步骤1.3:以点o为圆心、rv为半径所形成的圆形区域即为红方无人机集群在当前时刻t形成的最大捕捉半径rv,即最大捕捉域的圆周半径,

rv=r+vp*t

式中,vp为红方无人机的速度,r为红方无人集群的拦截域sf的圆周半径;

步骤1.4:根据蓝方无人机的飞行方向确定红方无人机集群的拦截区域。

3.根据权利要求2所述的一种针对无人机集群协同对抗的决策方法,其特征在于,所述步骤1.4包括:

步骤1.4.1:以点b为坐标原点建立集群对抗的直角坐标系,以点b为起点沿x轴正方向作线段bc,线段bc的长度根据攻击纵深l确定,以点c为起点沿y轴正方向作线段cd,线段cd的长度根据通道宽度m确定,以点d为起点作平行于x轴的线段da,且满足点abcd构成矩形的攻击泳道,其中c、d点坐标分别为c(xc,yc)、d(xd,yd),线段cd为蓝方突破线;

步骤1.4.2:如果蓝方无人机沿水平方向飞行,则拦截区域内所有点横坐标的取值范围为x∈[xpe,xg1],拦截区域内所有点纵坐标的取值范围为且(xg1-xpe)2+(yg1-ype)2≥rv2,(xg1,yg1)表示其中一个红方无人机集群所在集群圆周的圆心g1,(xg2,yg2)表示另一个红方无人机集群所在集群圆周的圆心g2,(xpe,ype)表示蓝方无人机在水平方向上的飞行路线与红方无人机拦截域sf相切时的一切点pe;

步骤1.4.3:如果蓝方无人机的飞行方向不是水平方向,计算蓝方无人机的飞行路线与红方无人机拦截域sf相切时的切线方程分别为:

则拦截区域内所有点横坐标的取值范围为拦截区域内所有点纵坐标的取值范围为

4.根据权利要求1所述的一种针对无人机集群协同对抗的决策方法,其特征在于,所述步骤2包括:

步骤2.1:根据蓝方无人机开始攻击的初始位置q,确定两个红方无人机集群开始捕捉的初始位置g1、g2,假设红方无人机的初始位置q位于泳道边界ab的中点,红方无人机的拦截轨迹为垂直于线段qd或者垂直于线段qc或者垂直于线段qq1方向飞行,则满足垂线段g1q1=q2g1的g1点位置即为其中一个红方无人机集群的圆心位置,满足线段g1q1=q1g2的g2点位置即为另一个红方无人机集群的圆心位置,则蓝方无人机的最优飞行策略为沿着线段qq1方向进行水平突破,或者沿着线段qd方向向泳道右上角d突破,或者沿着线段qc方向向泳道右下角c突破;

步骤2.2:计算红方无人机集群的最短捕捉时间t4,

式中,ve为蓝方无人机的速度;

步骤2.3:计算红方无人机集群的捕捉距离d,

步骤2.4:由于红方无人机集群需要在t4时刻内到达捕捉距离终点位置,因此:

r+vp×t4≥d

步骤2.5:确定通道宽度m的取值范围,判断是否存在一个通道宽度的下限,使得蓝方无人机一定能突破红方无人机集群的拦截,

式中,rs表示红方无人机集群圆周的半径,θ表示相邻两个红方无人机与集群圆心o形成的夹角,l1表示红方无人机距点p的距离。

5.根据权利要求1所述的一种针对无人机集群协同对抗的决策方法,其特征在于,所述步骤3包括:

步骤3.1:计算红方无人机的最短拦截时间t:

步骤3.2:第一波次的红方无人机在对抗伊始被发射,根据第二波次无人机的发射时刻将拦截情况分为三种:

第一种情况,第二波红方无人机在在对抗伊始也被发射,发射后其行驶距离lx加上拦截半径r和部署距离lb之和与预设的安全距离ly进行比较,所述部署距离为运载机到集群圆心的距离,当满足(lx+r2+lb)≥ly时,表明红方无人机已经行驶至安全距离,拦截过程结束,对应的拦截时间段为[0,t1),t1表示红色无人机初始位置飞行至拦截点时的时间,当红方无人机运行至t1时仍未到达拦截距离,则考虑第二种情况;

第二种情况,当运载机与第一波红方无人机的距离达到预设的最大约束距离时,调节运载机的发射时间改变第二波红方无人机的发射位置,如果发射位置超过最大约束距离时,将考虑第三种情况,第二种情况对应的拦截时间段为[t1,t1+t2],t2表示运载机由初始位置飞行到最远递送距离时的时间;

第三种情况,若运载机已达到最远递送距离(根据安全距离的最大值确定最远递送距离)时将第二波红方无人机发射出去,若发射后第二波无人机在飞过第一种情况对应的时间段仍未到达拦截点时,则应继续以vp速度向前移动,第三种情况对应的拦截时间段为[t1+t2,t3],t3表示红方无人机的飞行总时长;

步骤3.3:计算最远拦截距离d2与当前时间t的函数关系,确定情况下对应的时间段:

式中,vy表示运载机的速度,r表示红方无人机的拦截半径;

其中,lg1表示运载机与红方无人机之间约束距离的最小值,lg2表示运载机与红方无人机之间约束距离的最大值;

步骤3.4:根据红方无人机集群内无人机数量与拦截半径r的关系确定每个波次需要发射的无人机数量;

式中,ps1表示红方无人机所在位置s1与交点p之间的距离,k表示任意两个红方无人机之间的距离。


技术总结
本发明提供一种针对无人机集群协同对抗的决策方法。首先通过分析无人机的对抗模式确定出固定范围内的最优突防策略,其次判断是否存在一个通道宽度的下限使得蓝方能突防成功,判断是否存在一个通道宽度的上限,在这种情况下无论蓝方无人机采用什么样的突防策略,红方无人机集群均存在相应的拦截策略,并且还确定出了红方两架运载机两个波次发射的无人机数量、每架运载机第二波次发射的时刻和位置以及第二波次发射的无人机集群的中心位置,以实现最优的拦截效果,本发明对无人机飞行中的几何问题进行清晰完整的建模,很好的解决了无人机博弈问题,保证了红方无人机的最优拦截效果。

技术研发人员:郭羽含;刘永武;丁文婧;张宇;于俊宇;姜彦吉
受保护的技术使用者:辽宁工程技术大学
技术研发日:2021.02.26
技术公布日:2021.06.18
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