导弹制导方法及装置

摘要

本发明实施例提供一种导弹制导方法及装置，所述方法包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹的协同攻击时间；根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取一组控制变量；根据所述协同攻击时间、各所述预设终端加速度和各所述待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用所述模型预测静态规划算法对各所述待制导导弹进行制导；其中，将所述控制变量作为第二次使用所述模型预测静态规划算法的初始控制变量。本发明实施例实现多导弹的攻击时间和攻击角度协同制导，同时能使模型预测静态规划算法快速收敛，提高了制导效率和精确度。

权利要求

1.一种导弹制导方法，其特征在于，包括：

根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹的协同攻击时间；其中，所述协同攻击时间为所有所述待制导导弹同时发射且同时击中所述攻击目标的攻击时间；

根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；

根据所述协同攻击时间、各所述预设终端加速度和各所述待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用所述模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第二俯仰加速度和第二偏航加速度，根据所述第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各所述待制导导弹进行制导；其中，将所述第一俯仰加速度和所述第一偏航加速度作为第二次使用所述模型预测静态规划算法的初始控制变量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹同时击中所述攻击目标的攻击时间的步骤具体包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取各所述待制导导弹击中所述攻击目标的攻击时间；

将最大的所述攻击时间作为所有所述待制导导弹的协同攻击时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取各所述待制导导弹击中所述攻击目标的攻击时间的步骤具体包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，获取所述攻击目标和各所述待制导导弹之间的弹目相对距离；

根据所述弹目相对距离在各惯性轴上的分量，获取各所述待制导导弹的视线角速率；

对所述视线角速率进行转换，获取各所述待制导导弹沿俯仰面的视线角速率和沿偏航面的视线角速率；

根据各所述待制导导弹沿俯仰面的视线角速率，获取各所述待制导导弹的第三俯仰加速度，根据各所述待制导导弹沿偏航面的视线角速率，获取各所述待制导导弹的第三偏航加速度；

根据各所述待制导导弹的第三俯仰加速度和第三偏航加速度，获取各所述待制导导弹的攻击时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度的步骤具体包括：根据各所述待制导导弹和所述攻击目标的系统动力学三维模型，构建非线性系统中的状态方程和输出方程；

其中，所述状态方程中的输入为系统动力学三维模型中的状态变量和控制变量，所述控制变量为各所述待制导导弹的俯仰加速度和偏航加速度；所述状态变量包括各所述待制导导弹的速度、空间位置、弹道倾角、弹道偏角，以及一阶滞后的所述俯仰加速度和一阶滞后的所述偏航加速度中的多种；

根据所述状态方程和所述输出方程进行推导，获取所述控制变量的更新公式；

将预设控制变量作为所述模型预测静态规划算法的初始控制变量，根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，使用所述更新公式迭代修改所述控制变量，直到各所述状态变量收敛；

将最终获取的控制变量作为各所述待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据各所述待制导导弹和所述攻击目标的系统动力学三维模型，构建非线性系统中的状态方程和输出方程的步骤之前还包括：对所述系统动力学三维模型中的状态变量和控制变量进行无量纲化。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，预设终端攻击角度包括预设终端弹道倾角；

当所述预设终端弹道倾角不等于90度时，所述预设终端攻击角度还包括预设终端弹道偏角。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，一阶滞后的所述俯仰加速度和一阶滞后的所述偏航加速度满足以下条件：其中，t为制导指令发出后的时间，az为一阶滞后的所述俯仰加速度，azc为一阶滞后前的所述俯仰加速度，τ为一阶系统的时间常数， 为第一预设常数，ay为一阶滞后的所述偏航加速度，ayc为一阶滞后前的所述偏航加速度， 为第二预设常数。

8.一种导弹制导装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹的协同攻击时间；其中，所述协同攻击时间为所有所述待制导导弹同时发射且同时击中所述攻击目标的攻击时间；

第二获取模块，用于根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；

制导模块，用于根据所述协同攻击时间、各所述预设终端加速度和各所述待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用所述模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第二俯仰加速度和第二偏航加速度，根据所述第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各所述待制导导弹进行制导；其中，将所述第一俯仰加速度和所述第一偏航加速度作为第二次使用所述模型预测静态规划算法的初始控制变量。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器和总线；其中，

所述处理器和存储器通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机执行如权利要求1至7任一所述的方法。

说明书

导弹制导方法及装置

技术领域

[0001] 本发明实施例属于航天武器技术领域，更具体地，涉及一种导弹制导方法及装置。

背景技术

[0002] 随着反导弹技术的发展，导弹的生存环境越来越恶劣，导弹的突防也更加困难，比如现代舰船大都装备有近程武器防御系统(Close-In Weapon System，CIWS)。

[0003] 导弹一般需要采用时间协同制导对攻击时间进行控制，以实施饱和攻击。除此之外，当使用导弹打击目标时，特殊的攻击角度可以增加弹头的杀伤力，因此，有必要控制攻击时间和攻击角度，实现多导弹时间和角度协同攻击。

[0004] 目前，大多数制导律只能实现攻击角度协同或者只能实现攻击时间协同，只有少部分制导律可以同时实现攻击时间和攻击角度协同。现有方法中没有使用模型预测静态规划算法对导弹的攻击时间和攻击角度同时实现协同。在使用模型预测静态规划算法进行第一次迭代计算时，需要输入初始控制量。一般选择0向量作为初始控制量。当终端约束较少时，可以选择0向量作为初始控制量。但当终端约束较多时，需要一个较好的初始控制量输入，否则模型预测静态规划算法可能发散或需要更长时间才能收敛，从而导致无法实现攻击时间和攻击角度的同时协同或需要更长时间。

发明内容

[0005] 为克服上述现有技术无法同时实现攻击时间和攻击角度或需要更长时间的问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种导弹制导方法及装置。

[0006] 根据本发明实施例的第一方面，提供一种导弹制导方法，包括：

[0007] 根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹的协同攻击时间；其中，所述协同攻击时间为所有所述待制导导弹同时发射且同时击中所述攻击目标的攻击时间；

[0008] 根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；

[0009] 根据所述协同攻击时间、各所述预设终端加速度和各所述待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用所述模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第二俯仰加速度和第二偏航加速度，根据所述第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各所述待制导导弹进行制导；其中，将所述第一俯仰加速度和所述第一偏航加速度作为第二次使用所述模型预测静态规划算法的初始控制变量。

[0010] 根据本发明实施例第二方面提供一种导弹制导装置，包括：

[0011] 第一获取模块，用于根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹的协同攻击时间；其中，所述协同攻击时间为所有所述待制导导弹同时发射且同时击中所述攻击目标的攻击时间；

[0012] 第二获取模块，用于根据所述协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；

[0013] 制导模块，用于根据所述协同攻击时间、各所述预设终端加速度和各所述待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用所述模型预测静态规划算法获取各所述待制导导弹的第二俯仰加速度和第二偏航加速度，根据所述第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各所述待制导导弹进行制导；其中，将所述第一俯仰加速度和所述第一偏航加速度作为第二次使用所述模型预测静态规划算法的初始控制变量。

[0014] 根据本发明实施例的第三个方面，还提供一种电子设备，包括：

[0015] 至少一个处理器；以及

[0016] 与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

[0017] 所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的导弹制导方法。

[0018] 根据本发明实施例的第四个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的导弹制导方法。

[0019] 本发明实施例提供一种导弹制导方法及装置，该方法通过根据攻击目标和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法确定所有待制导导弹的协同攻击时间，然后根据协同攻击时间和各所述待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取仅在攻击时间协同的情况下的控制变量，即各待制导导弹的俯仰加速度和偏航加速度，将控制变量作为第二次使用模型预测静态规划算法的初始变量，根据协同攻击时间、预设终端加速度和预设攻击角度对各待制导导弹的攻击时间、终端加速度和终端攻击角度进行约束，基于模型预测静态规划算法对各所述待制导导弹进行制导，从而实现多导弹的攻击时间和攻击角度协同制导，同时能使模型预测静态规划算法快速收敛，提高了制导效率和精确度。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例提供的导弹制导方法整体流程示意图；

[0021] 图2为本发明实施例提供的导弹制导方法中比例导引情况下各待制导导弹的飞行轨迹图示意图；

[0022] 图3为本发明实施例提供的导弹制导方法中比例导引情况下各待制导导弹的弹目相对距离示意图；

[0023] 图4为本发明实施例提供的导弹制导方法中系统动力学三维模型示意图；

[0024] 图5为本发明实施例提供的导弹制导方法中只协同攻击时间时各待制导导弹的飞行轨迹示意图；

[0025] 图6为本发明实施例提供的导弹制导方法中只协同攻击时间时各待制导导弹的弹目相对距离示意图；

[0026] 图7为本发明实施例提供的导弹制导方法中只协同攻击时间时各待制导导弹的弹道倾角和弹道偏角曲线示意图；

[0027] 图8为本发明实施例提供的导弹制导方法中只协同攻击时间时各待制导导弹的加速度曲线示意图；

[0028] 图9为本发明实施例提供的导弹制导方法中协同攻击时间和攻击角度时各待制导导弹的飞行轨迹示意图；

[0029] 图10为本发明实施例提供的导弹制导方法中协同攻击时间和攻击角度时各待制导导弹的弹目相对距离示意图；

[0030] 图11为本发明实施例提供的导弹制导方法中协同攻击时间和攻击角度时各待制导导弹的弹道倾角和弹道偏角曲线示意图；

[0031] 图12为本发明实施例提供的导弹制导方法中协同攻击时间和攻击角度时各待制导导弹的加速度曲线示意图；

[0032] 图13为本发明实施例提供的导弹制导装置整体结构示意图；

[0033] 图14为本发明实施例提供的电子设备整体结构示意图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图和实施例，对本发明实施例的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明实施例，但不用来限制本发明实施例的范围。

[0035] 在本发明的一个实施例中提供一种导弹制导方法，图1为本发明实施例提供的导弹制导方法整体流程示意图，该方法包括：S101，根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有所述待制导导弹的协同攻击时间；其中，协同攻击时间为所有待制导导弹同时发射且同时击中攻击目标的攻击时间；

[0036] 其中，待制导导弹为需要进行制导的导弹，攻击目标为各待制导导弹需要攻击的对象。攻击目标的空间位置是指攻击目标在X轴、Y轴和Z轴三个方向的坐标，各待制导导弹的空间位置是指各待制导导弹在X轴、Y轴和Z轴三个方向的坐标。其中，攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置在同一个坐标系下。比例导引方法是指各待制导导弹在向攻击目标接近的过程中，使各待制导导弹的速度向量在三维空间中的转动角速度正比于攻击目标视线的转动角速度。使用比例导引方法计算每个待制导导弹的攻击时间，各待制导导弹的攻击时间是指各待制导导弹从发射开始到达攻击目标的空间位置所需要的时间。根据各待制导导弹的攻击时间确定协同攻击时间。协同攻击时间是指所有待制导导弹从同一发射时间开始，同时到达攻击目标的空间位置所需的时间。

[0037] S102，根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；

[0038] 其中，预设终端加速度是指各待制导导弹到达攻击目标的空间位置时的加速度，一般设置为0。模型预测静态规划算法是针对带有终端多约束的非线性指导问题，通过快速求解连续时间系统获取具有终端约束的非线性次优制导律的一种方法。其中，终端是指导弹终止时刻的各状态量。将获取的协同攻击时间作为各待制导导弹的攻击时间，将预设终端加速度为各待制导导弹的终端加速度，实现对各待制导导弹的攻击时间和终端加速度的约束。第一次使用模型预测静态规划算法对所有待制导导弹只进行攻击时间协同。在使用模型预测静态规划算法进行第一次迭代计算时，需要输入初始控制量。当终端约束较少时，选择0向量作为初始控制量。但当终端约束较多时，需要一个较好的初始控制量输入，否则模型预测静态规划算法可能发散。这里只约束各待制导导弹的攻击时间和终端加速度，因此初始控制量可以选择0向量。对模型预测静态规划算法中的控制变量不断进行修改，当终端加速度收敛后最终获取到一组控制变量，控制变量为各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度。

[0039] S103，根据协同攻击时间、各预设终端加速度和各待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第二俯仰加速度和第二偏航加速度，根据第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各待制导导弹进行制导；其中，将第一俯仰加速度和第一偏航加速度作为第二次使用模型预测静态规划算法的初始控制变量。

[0040] 其中，预设攻击角度为各待制导导弹到达攻击目标的角度。本发明实施例中第二次使用模型预测静态规划算法同时实现对各待制导导弹的攻击角度和攻击时间的协同，因此除了对各待制导导弹的攻击时间和终端加速度进行约束以外还需要对各待制导导弹的攻击角度进行约束。由于约束条件较多，需要一个较好的初始控制量输入，以使模型预测静态规划算法能收敛。本发明实施例中将第一次使用模型预测静态规划算法获得的控制变量，即第一俯仰加速度和第一偏航加速度，作为第二次使用的模型预测静态规划算法的初始控制量输入。在第二次使用模型预测静态规划算法时，将获取的协同攻击时间作为各待制导导弹的攻击时间，将预设终端加速度作为各待制导导弹到达攻击目标的加速度，将预设攻击角度作为各待制导导弹到达攻击目标时的角度，基于模型预测静态规划算法对各待制导导弹进行制导。具体，根据模型预测静态规划算法每次迭代获取的控制变量，基于四阶龙格库塔法进行动力学仿真，判断各待制导导弹各状态变量，如加速度等是否收敛，直到收敛。根据收敛后确定的控制变量，即第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各待制导导弹进行制导。本发明实施例适用于三维空间中多导弹的攻击时间和攻击角度同时协同制导。

[0041] 本发明实施例根据攻击目标和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法确定所有待制导导弹的协同攻击时间，然后根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取仅在攻击时间协同的情况下的控制变量，即各待制导导弹的俯仰加速度和偏航加速度，将控制变量作为第二次使用模型预测静态规划算法的初始变量，根据协同攻击时间、预设终端加速度和预设攻击角度对各待制导导弹的攻击时间、终端加速度和终端攻击角度进行约束，基于模型预测静态规划算法对各待制导导弹进行制导，从而实现多导弹的攻击时间和攻击角度协同制导，同时能使模型预测静态规划算法快速收敛，提高了制导效率和精确度。

[0042] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有待制导导弹同时击中攻击目标的攻击时间的步骤具体包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取各待制导导弹击中攻击目标的攻击时间；将最大的攻击时间作为所有待制导导弹的协同攻击时间。

[0043] 图2是在比例导引情况下各待制导导弹的飞行轨迹图，从中可以看出，不同导弹的攻击时间不同，分别为37.98s、32.62s、35.16s和36.38s，所以选择最大的tf＝37.98s作为协同攻击时间，所有待制导导弹需要在这个时间到达目标。图3是比例导引情况下各待制导导弹的弹目相对距离。

[0044] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取各待制导导弹击中攻击目标的攻击时间的步骤具体包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，获取攻击目标和各待制导导弹之间的弹目相对距离；根据弹目相对距离在各惯性轴上的分量，获取各待制导导弹的视线角速率；对视线角速率进行转换，获取各待制导导弹沿俯仰面的视线角速率和沿偏航面的视线角速率；根据各待制导导弹沿俯仰面的视线角速率，获取各待制导导弹的第三俯仰加速度，根据各待制导导弹沿偏航面的视线角速率，获取各待制导导弹的第三偏航加速度；根据各待制导导弹的第三俯仰加速度和第三偏航加速度，获取各待制导导弹的攻击时间。

[0045] 其中，惯性轴为保持各待制导导弹在单位时间内运动状态的轴，弹目相对距离为各待制导导弹与攻击目标间的相对距离。在三维情况下各待制导导弹的视线角速率 如下所示：

[0046]

[0047] 其中，σ为各待制导导弹的视线角，r为弹目相对距离，rx,ry,和rz是r在三个惯性轴上的分量，公式中右边项表示视线角速率在惯性轴中的分量。然后将视线角速率转换到速度系下，即

[0048]

[0049]

[0050] 其中， 和 是沿俯仰面和偏航面的视线角速率，接近速度Vc由下式给出：

[0051]

[0052] 最后，获取第三俯仰加速度azc和第三偏航加速度ayc：

[0053]

[0054]

[0055] 通过比例导引的制导，获取各待制导导弹在分别击中攻击目标的情况下所需的攻击时间。仿真参数见表1，待制导导弹的初始状态见表2，攻击目标的空间位置为(0,0,0)。

[0056] 表1仿真参数

[0057]

[0058]

[0059] 表2待制导导弹的初始状态

[0060]

[0061] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度的步骤具体包括：根据各待制导导弹和攻击目标的系统动力学三维模型，构建非线性系统中的状态方程和输出方程；其中，状态方程中的输入为系统动力学三维模型中的状态变量和控制变量，控制变量为各待制导导弹的俯仰加速度和偏航加速度；状态变量包括各待制导导弹的速度、空间位置、弹道倾角、弹道偏角，以及一阶滞后的俯仰加速度和一阶滞后的偏航加速度中的多种；根据状态方程和输出方程进行推导，获取控制变量的更新公式；将预设控制变量作为模型预测静态规划算法的初始控制变量，根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，使用更新公式迭代修改控制变量，直到各状态变量收敛；将最终获取的控制变量作为各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度。

[0062] 如图4所示，4枚待制导导弹，即导弹1、导弹2、导弹3和导弹4从不同方向和位置发射，攻击目标为原点，视为静止。由于需要同时协同攻击时间和攻击角度，因此各待制导导弹需要同时击中目标，而且各待制导导弹具有不同的攻击角度，即弹道倾角和弹道偏角。除此之外，还要求各待制导导弹的终端加速度为0。系统动力学三维模型通过以下微分方程进行描述：

[0063]

[0064]

[0065]

[0066]

[0067]

[0068]

[0069]

[0070]

[0071] 其中，V为速度，x,y,z为待制导导弹的空间位置，γ为弹道倾角，ψ为弹道偏角，T为推力，视为零，也就是考虑无推力的情况。 为阻力，其中k1＝1/2ρsmCD0，k2＝0.03m2/(1/2ρsm)。m为待制导导弹的质量，g为重力加速度。azc和ayc分别为z方向和y方向的加速度，az和ay是经过一阶滞后的z方向和y方向的加速度，τ为一阶系统的时间常数。为了使终端加速度指令收敛到零，本发明实施例将azc和ayc作为控制变量，并将az和ay作为状态变量。

[0072] 第一次使用模型预测静态规划算法只进行攻击时间协同，也就是只约束各个导弹的攻击时间，即击中攻击目标的时间，迭代计算直到收敛，得到一组控制变量。在第二次使用模型预测静态规划算法进行攻击时间和攻击角度同时协同时，将第一次使用模型预测静态规划算法获取的一组控制变量作为第二次使用模型预测静态规划算法的初始控制变量。给定仿真的时间tf和步长Δt，可以算出步数N＝tf/Δt，其中tf为协同攻击时间。模型预测静态规划算法在本发明实施例中的应用形式为一般的非线性系统，包括输入状态变量和输出状态变量，其中输出状态变量为约束的终端状态变量，如下式所示：

[0073] Xk+1＝Fk(Xk,Uk)；

[0074] Yk＝h(Xk)；

[0075] 其中，k为离散后的时间步数，Xk为k时刻的状态变量，Xk+1为k+1时刻的状态变量，Uk为k时刻的控制变量，Yk为k时刻输出的状态变量，F和h为函数。经过推导，控制变量的更新公式为：

[0076]

[0077]

[0078]

[0079]

[0080] dYN＝YN-YN*；

[0081] 其中，YN*是输出向量的期望值，YN本次迭代后的真实值。使用无量纲化的运动学方程，对状态变量的进行偏微分的结果如下：

[0082]

[0083]

[0084] 对控制变量的偏微分计算如下：

[0085]

[0086] 对于只进行攻击时间协同时，Yn＝[xT yT zT azT ayT]T；

[0087]

[0088] 模型预测静态规划算法的主要目标是确定整个过程中的控制变量，使得终端上的输出量达到期望值。首先向模型预测静态规划算法输入一个初始控制变量，在初始控制变量的控制下，终端的状态变量不会收敛到期望值，根据终端的状态变量与期望值之间的差值是否小于预设阈值迭代修改控制变量，直到终端的状态变量收敛到期望值。只进行攻击时间协同的导弹终端约束情况见表3，其中tf＝37.98s，Δt＝0.01s，权重矩阵为Rk＝1,k＝1,2,…N-1。收敛准则为距离误差1m，加速度允许误差为1m/s2。只协同攻击时间仿真结果如图5-8所示。图5是只协同攻击时间时4个待制导导弹的飞行轨迹示意图，图5中实线部分为只协同攻击时间时4个待制导导弹的飞行轨迹，虚线部分为比例导引下不协同攻击时间时4个待制导导弹的飞行轨迹。图6为只协同攻击时间时4个待制导导弹的弹目相对距离示意图，其中的4条曲线为4个待制导导弹的弹目相对距离，可以看出，几枚初始条件不同的导弹在指定的攻击时间tf＝37.98s时命中目标。图7中上面的图为是弹道倾角曲线，下面的图为弹道偏角曲线。图8是导弹的加速度曲线，图8中上面的图为俯仰方向的加速度曲线，下面的图为偏航方向的加速度曲线。可以看出两个方向的加速度都在终端收敛到零，提高了导弹的抗干扰能力，减少随机干扰造成的脱靶量。将收敛时的加速度作为协同攻击时间和攻击角度时的初始控制量输入。图7和图8中的M1表示导弹1，M2表示导弹2，M3表示导弹3，M4表示导弹4。

[0089] 表3只协同攻击时间的导弹终端约束

[0090]

[0091]

[0092] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中根据各待制导导弹和攻击目标的系统动力学三维模型，构建非线性系统中的状态方程和输出方程的步骤之前还包括：对系统动力学三维模型中的状态变量和控制变量进行无量纲化。

[0093] 其中，为了确保所有状态变量和控制变量的数值范围相近，状态变量和控制变量的无量纲化如下:

[0094]

[0095]

[0096] 其中，下标n的状态变量和控制变量表示无量纲化值，上标有“*”的状态变量和控制变量表示无量纲化常量。无量纲化后的状态变量和控制变量代入运动学方程并整理，可得到无量纲化的运动学方程：

[0097]

[0098]

[0099]

[0100]

[0101]

[0102]

[0103]

[0104]

[0105] 其中，控制变量为Un＝[azcn aycn]T，终端约束为Yn(tf)＝[γT ψ T xT yT zT az T ayT]T，各待制导导弹的终端加速度为零，所即[azT ayT]＝[0 0]。

[0106] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中预设终端攻击角度包括预设终端弹道倾角；当预设终端弹道倾角不等于90度时，预设终端攻击角度还包括预设终端弹道偏角。

[0107] 其中，在第二次使用模型预测静态规划算法时，将第一次使用模型预测静态规划算法获取的控制变量作为输入，带入控制变量更新公式。第二次使用的控制变量更新公式中只有输出向量发生了改变，因此输出向量对状态变量的偏微分也随之改变。在约束各待制导导弹的攻击时间、攻击角度和终端加速度时，输出向量有以下两种形式：

[0108] Yn＝[γT xT yT zT azT ayT]T，此时

[0109]

[0110] Yn＝[γT ψT xT yT zT azT ayT]T，此时

[0111]

[0112] 各待制导导弹的终端约束情况如表4所示。假设攻击目标面朝-40度，导弹4垂直攻击，即以-90度弹道倾角攻击，导弹2从正面以-60度弹道倾角攻击，导弹1和导弹3分别从两侧水平攻击。当弹道倾角攻击为-90度时，约束弹道偏角没有意义，所以这种情况不约束弹T道偏角。因此对于导弹4，Yn＝[γT xT yT zT azT ayT] ；对于导弹1、导弹2和导弹3，Yn＝[γT ψT xT yT zT azT ayT]T。为了使各待制导导弹在后期有较小的指令加速度，经过权衡设置权重矩阵为 收敛准则是误差距离为1米，攻击角度允许
误差0.001度和加速度允许误差1m/s2。

[0113] 表4攻击时间和攻击角度协同情况下的导弹终端约束

[0114]

[0115]

[0116] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中一阶滞后的俯仰加速度和一阶滞后的偏航加速度满足以下条件：

[0117]

[0118] 其中，t为制导指令发出后的时间，aZ为一阶滞后的俯仰加速度，azc为一阶滞后前的俯仰加速度，τ为一阶系统的时间常数， 为第一预设常数，ay为一阶滞后的偏航加速度，ayc为一阶滞后前的偏航加速度， 为第二预设常数。

[0119] 具体地，考虑到各待制导导弹在飞行过程中加速度通常是有限的，因此需要对加2
速度进行过程约束。当加速度超过约束时，加速度取边界值，例如35m/s 。其中， 为各待制导导弹在飞行过程中Z方向上加速度的极限， 为各待制导导弹在飞行过程中Y方向上加速度的极限。协同攻击时间和攻击角度的仿真结果如图9-12所示。图9中实线部分为同时协同攻击时间和攻击角度时4个待制导导弹的飞行轨迹，其中，虚线为只协同攻击时间时4个待制导导弹的飞行轨迹。图10中4条曲线为4个待制导导弹的弹目相对距离，4个待制导导弹在相同的时刻弹目相对距离减小到0。图11中上方的图是弹道倾角曲线，下方的图是弹道偏角曲线。从图9-11可以看出，几枚初始条件不同的导弹不仅在指定的攻击时间tf＝
37.98s时命中目标，各自的攻击角度也分别达到了期望值，验证了本发明实施例中导弹制导方法的有效性。图12是待制导导弹的加速度曲线，由于导弹1和3的初始弹道倾角和终端弹道倾角都是0度，导致导弹在起始和结束有较大的加速度，但是仍然可以通过限制终端加速度使终端的加速度达到零，从而有利于减少随机干扰造成的脱靶量。从图12中还可以看出，当加速度超过边界时，导弹仍然可以在满足过程约束的情况下在指定的攻击时间和攻击角度精确地击中目标。

[0120] 在本发明实施例的另一个实施例中提供一种导弹制导装置，该装置用于实现前述各实施例中的方法。因此，在前述导弹制导方法的各实施例中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各个执行模块的理解。图13为本发明实施例提供的导弹制导装置整体结构示意图，该装置包括第一获取模块131、第二获取模块132和制导模块133；其中：

[0121] 第一获取模块131用于根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有待制导导弹的协同攻击时间；其中，协同攻击时间为所有待制导导弹同时击中攻击目标的攻击时间；第二获取模块132用于根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；制导模块133用于根据协同攻击时间、各预设终端加速度和各待制导导弹的预设攻击角度，第二次使用模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第二俯仰加速度和第二偏航加速度，根据第二俯仰加速度和第二偏航加速度对各待制导导弹进行制导；其中，将第一俯仰加速度和第一偏航加速度作为第二次使用模型预测静态规划算法的初始控制变量。

[0122] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中第一获取模块具体用于：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取各待制导导弹击中攻击目标的攻击时间；将最大的攻击时间作为所有待制导导弹的协同攻击时间。

[0123] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中第一获取模块具体用于：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，获取攻击目标和各待制导导弹之间的弹目相对距离；根据弹目相对距离在各惯性轴上的分量，获取各待制导导弹的视线角速率；对视线角速率进行转换，获取各待制导导弹沿俯仰面的视线角速率和沿偏航面的视线角速率；根据各待制导导弹沿俯仰面的视线角速率，获取各待制导导弹的第三俯仰加速度，根据各待制导导弹沿偏航面的视线角速率，获取各待制导导弹的第三偏航加速度；根据各待制导导弹的第三俯仰加速度和第三偏航加速度，获取各待制导导弹的攻击时间。

[0124] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中第二获取模块具体用于：根据各待制导导弹和攻击目标的系统动力学三维模型，构建非线性系统中的状态方程和输出方程；其中，状态方程中的输入为系统动力学三维模型中的状态变量和控制变量，控制变量为各待制导导弹的俯仰加速度和偏航加速度；状态变量包括各待制导导弹的速度、空间位置、弹道倾角、弹道偏角，以及一阶滞后的俯仰加速度和一阶滞后的偏航加速度中的多种；根据状态方程和输出方程进行推导，获取控制变量的更新公式；将预设控制变量作为模型预测静态规划算法的初始控制变量，根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，使用更新公式迭代修改控制变量，直到各状态变量收敛；将最终获取的控制变量作为各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度。

[0125] 在上述各实施例的基础上，本发明实施例中第二获取模块还用于：对系统动力学三维模型中的状态变量和控制变量进行无量纲化。

[0126] 在上述各实施例的基础上，本发明实施例中预设终端攻击角度包括预设终端弹道倾角；当预设终端弹道倾角不等于90度时，预设终端攻击角度还包括预设终端弹道偏角。

[0127] 在上述实施例的基础上，本发明实施例中一阶滞后的俯仰加速度和一阶滞后的偏航加速度满足以下条件：

[0128]

[0129] 其中，t为制导指令发出后的时间，aZ为一阶滞后的俯仰加速度，azc为一阶滞后前的俯仰加速度，τ为一阶系统的时间常数， 为第一预设常数，ay为一阶滞后的偏航加速度，ayc为一阶滞后前的偏航加速度， 为第二预设常数。

[0130] 本发明实施例通过根据攻击目标和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法确定所有待制导导弹的协同攻击时间，然后根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，第一次使用模型预测静态规划算法获取仅在攻击时间协同的情况下的控制变量，即各待制导导弹的俯仰加速度和偏航加速度，将控制变量作为第二次使用模型预测静态规划算法的初始变量，根据协同攻击时间、预设终端加速度和预设攻击角度对各待制导导弹的攻击时间、终端加速度和终端攻击角度进行约束，基于模型预测静态规划算法对各待制导导弹进行制导，从而实现多导弹的攻击时间和攻击角度协同制导，同时能使模型预测静态规划算法快速收敛，提高了制导效率和精确度。

[0131] 本发明实施例提供一种电子设备，图14为本发明实施例提供的电子设备整体结构示意图，该设备包括：至少一个处理器141、至少一个存储器142和总线143；其中，[0132] 处理器141和存储器142通过总线143完成相互间的通信；

[0133] 存储器142存储有可被处理器141执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有待制导导弹的协同攻击时间；其中，协同攻击时间为所有待制导导弹同时击中攻击目标的攻击时间；根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，基于模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；根据协同攻击时间、各预设终端加速度和各待制导导弹的预设攻击角度，基于模型预测静态规划算法对各待制导导弹进行制导；其中，将第一俯仰加速度和第一偏航加速度作为模型预测静态规划算法的初始控制变量。

[0134] 本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据攻击目标的空间位置和各待制导导弹的空间位置，基于比例导引方法获取所有待制导导弹的协同攻击时间；其中，协同攻击时间为所有待制导导弹同时击中攻击目标的攻击时间；根据协同攻击时间和各待制导导弹的预设终端加速度，基于模型预测静态规划算法获取各待制导导弹的第一俯仰加速度和第一偏航加速度；根据协同攻击时间、各预设终端加速度和各待制导导弹的预设攻击角度，基于模型预测静态规划算法对各待制导导弹进行制导；
其中，将第一俯仰加速度和第一偏航加速度作为模型预测静态规划算法的初始控制变量。

[0135] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0136] 以上所描述的电子设备实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0137] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

[0138] 最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明实施例的保护范围。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。