本書系統(tǒng)性地介紹了無人飛行器制導(dǎo)控制與集群智能的相關(guān)理論方法及應(yīng)用。首先，綜述了無人飛行器、制導(dǎo)與控制、集群智能協(xié)同控制以及集群作戰(zhàn)應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；其次，介紹了固定翼無人機、旋翼無人飛行器、導(dǎo)彈、高超聲速無人飛行器、變體無人飛行器的制導(dǎo)與控制理論方法；接著，闡述了無人飛行器集群的自組織任務(wù)規(guī)劃、信息感知交互及運動控制方法的基本原理；然后，研究了無人飛行器集群協(xié)同偵察、對地打擊、飽和攻擊、空中對抗等典型作戰(zhàn)應(yīng)用；最后，分析了無人系統(tǒng)集群智能跨域協(xié)同的作戰(zhàn)概念和技術(shù)內(nèi)涵。
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目錄
“智能科學(xué)技術(shù)著作叢書”序
前言
第1章 緒論1
1.1 無人飛行器1
1.1.1 基本概念1
1.1.2 固定翼無人機2
1.1.3 旋翼無人飛行器4
1.1.4 導(dǎo)彈5
1.1.5 高超聲速無人飛行器7
1.1.6 變體無人飛行器8
1.2 制導(dǎo)與控制10
1.2.1 自主控制10
1.2.2 制導(dǎo)11
1.2.3 飛行控制13
1.3 集群智能協(xié)同控制16
1.3.1 自組織系統(tǒng)集群智能16
1.3.2 集群協(xié)同控制18
1.4 集群智能作戰(zhàn)應(yīng)用30
1.4.1 集群作戰(zhàn)概念30
1.4.2 協(xié)同偵察與監(jiān)視36
1.4.3 協(xié)同搜索與攻擊38
1.4.4 協(xié)同空戰(zhàn)對抗41
1.4.5 協(xié)同防御與反集群43
參考文獻46
第2章 固定翼無人機制導(dǎo)與控制50
2.1 數(shù)學(xué)建模分析50
2.1.1 動力學(xué)與運動學(xué)方程組50
2.1.2 自然特性分析52
2.2 飛行控制53
2.2.1 經(jīng)典控制53
2.2.2 最優(yōu)控制54
2.2.3 預(yù)見控制55
2.2.4 滑�？刂�56
2.2.5 動態(tài)逆控制57
2.2.6 反步控制58
2.2.7 自適應(yīng)控制59
2.2.8 智能控制60
2.3 故障診斷與容錯控制63
2.3.1 故障診斷63
2.3.2 容錯控制67
2.4 大迎角超機動飛行69
2.4.1 大迎角超機動特性分析69
2.4.2 大迎角超機動飛行控制72
2.5 自動著艦/回收73
2.5.1 著艦/回收方式73
2.5.2 著艦/回收引導(dǎo)系統(tǒng)75
2.5.3 著艦/回收飛行控制78
2.6 空中加油83
2.6.1 軟式空中加油83
2.6.2 硬式空中加油87
2.7 短距起飛垂直降落89
2.7.1 飛機基本構(gòu)型89
2.7.2 起降飛行控制90
參考文獻92
第3章 旋翼無人飛行器制導(dǎo)與控制96
3.1 單旋翼無人直升機96
3.1.1 系統(tǒng)建模96
3.1.2 飛行控制98
3.1.3 著艦引導(dǎo)與控制98
3.2 多旋翼無人飛行器101
3.2.1 系統(tǒng)建模101
3.2.2 飛行控制102
3.2.3 視覺引導(dǎo)移動平臺自主起降104
3.2.4 視覺引導(dǎo)移動目標(biāo)檢測與跟蹤109
3.3 傾轉(zhuǎn)旋翼無人飛行器110
3.3.1 系統(tǒng)建模110
3.3.2 飛行控制111
3.4 共軸雙旋翼無人直升機113
3.5 旋翼/涵道風(fēng)扇無人直升機114
參考文獻116
第4章 導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制118
4.1 數(shù)學(xué)建模118
4.1.1 基本坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系118
4.1.2 非線性六自由度模型120
4.2 制導(dǎo)與控制122
4.2.1 制導(dǎo)原理122
4.2.2 彈目運動模型124
4.2.3 導(dǎo)引規(guī)律125
4.2.4 控制規(guī)律128
4.3 目標(biāo)檢測與跟蹤131
4.3.1 目標(biāo)檢測131
4.3.2 目標(biāo)跟蹤133
4.4 武器目標(biāo)分配135
4.4.1 武器目標(biāo)分配原理135
4.4.2 態(tài)勢評估135
4.4.3 靜態(tài)武器目標(biāo)分配137
4.4.4 動態(tài)武器目標(biāo)分配139
4.5 多彈協(xié)同制導(dǎo)146
4.5.1 協(xié)同制導(dǎo)原理146
4.5.2 時間約束獨立式協(xié)同制導(dǎo)147
4.5.3 時間和角度同時約束獨立式協(xié)同制導(dǎo)151
4.5.4 時間約束綜合式協(xié)同制導(dǎo)153
參考文獻156
第5章 高超聲速無人飛行器制導(dǎo)與控制158
5.1 數(shù)學(xué)建模分析158
5.1.1 飛行器模型建立158
5.1.2 飛行器復(fù)雜特性160
5.2 飛發(fā)一體參數(shù)化建模161
5.2.1 幾何建模161
5.2.2 機理建模163
5.2.3 代理建模166
5.3 軌跡優(yōu)化166
5.3.1 爬升軌跡優(yōu)化166
5.3.2 再入軌跡優(yōu)化169
5.4 飛行控制171
5.4.1 自適應(yīng)控制171
5.4.2 滑模控制174
5.4.3 控制技術(shù)展望175
參考文獻177
第6章 變體無人飛行器制導(dǎo)與控制179
6.1 基本變形原理179
6.1.1 概念與分類179
6.1.2 總體特性180
6.1.3 關(guān)鍵技術(shù)182
6.2 變形結(jié)構(gòu)與材料183
6.2.1 自適應(yīng)結(jié)構(gòu)183
6.2.2 智能材料186
6.3 常規(guī)變體飛行器187
6.3.1 動力學(xué)建模187
6.3.2 飛行控制188
6.4 可變翼空天飛行器191
6.4.1 小翼伸縮特性191
6.4.2 軌跡優(yōu)化192
6.4.3 飛行控制194
6.5 變后掠翼空天飛行器196
6.5.1 變后掠翼特性196
6.5.2 氣動模型辨識198
6.5.3 飛行控制200
參考文獻201
第7章 無人飛行器集群智能協(xié)同控制204
7.1 自組織系統(tǒng)模型框架204
7.2 協(xié)同任務(wù)規(guī)劃207
7.2.1 基于市場機制的任務(wù)分配207
7.2.2 基于群體智能優(yōu)化的任務(wù)分配211
7.2.3 基于RRT-Connect的自主航跡規(guī)劃213
7.3 信息感知與交互214
7.3.1 環(huán)境信息感知214
7.3.2 集群內(nèi)部信息交互215
7.3.3 信息交互網(wǎng)絡(luò)拓撲216
7.4 高等級集群控制218
7.4.1 高等級運動模型218
7.4.2 基于自組織行為的集群控制220
7.4.3 基于一致性控制的集群控制224
7.4.4 基于深度強化學(xué)習(xí)的集群控制227
7.4.5 基于群體智能優(yōu)化的集群控制230
7.5 低等級集群控制232
7.5.1 低等級運動模型232
7.5.2 基于制導(dǎo)控制一體化的集群控制234
7.5.3 基于制導(dǎo)控制分離的集群控制235
參考文獻238
第8章 無人飛行器集群智能協(xié)同作戰(zhàn)240
8.1 集群協(xié)同廣域點目標(biāo)偵察240
8.1.1 點目標(biāo)協(xié)同偵察任務(wù)240
8.1.2 基于人工勢場與蟻群優(yōu)化的協(xié)同偵察242
8.2 集群協(xié)同廣域面目標(biāo)偵察247
8.2.1 面目標(biāo)協(xié)同偵察任務(wù)247
8.2.2 基于粒子群優(yōu)化與Dubins曲線的協(xié)同偵察249
8.3 集群協(xié)同對地打擊252
8.3.1 對地協(xié)同打擊任務(wù)252
8.3.2 基于合同網(wǎng)與RRT-Connect的協(xié)同打擊254
8.4 集群協(xié)同突防打擊258
8.4.1 協(xié)同突防打擊任務(wù)258
8.4.2 全系統(tǒng)防御下的集群突防259
8.4.3 基于人工勢場的協(xié)同突防打擊260
8.4.4 基于狼群優(yōu)化的協(xié)同突防打擊262
8.4.5 基于混合人工勢場-狼群優(yōu)化的協(xié)同突防打擊264
8.5 集群協(xié)同飽和攻擊266
8.5.1 協(xié)同飽和攻擊任務(wù)266
8.5.2 基于Dubins曲線的潛行抵近267
8.5.3 基于一致性控制的合圍等待268
8.5.4 全系統(tǒng)防御下的集群突防269
8.5.5 基于Dubins曲線與一致性控制的飽和攻擊270
8.6 集群協(xié)同空戰(zhàn)對抗271
8.6.1 協(xié)同空戰(zhàn)對抗任務(wù)272
8.6.2 基于自適應(yīng)模擬退火-遺傳優(yōu)化的協(xié)同對抗273
8.6.3 基于蘭徹斯特方程-粒子群優(yōu)化的協(xié)同對抗275
參考文獻280
第9章 無人系統(tǒng)集群智能跨域協(xié)同281
9.1 跨域協(xié)同作戰(zhàn)概念281
9.2 跨域無人系統(tǒng)284
9.2.1 無人系統(tǒng)分類284
9.2.2 無人系統(tǒng)自主等級286
9.2.3 無人系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)287
9.2.4 人在回路288
9.3 跨域協(xié)同指揮與控制290
9.3.1 目標(biāo)與要求290
9.3.2 指揮與控制結(jié)構(gòu)292
9.3.3 通信與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)297
9.4 跨域協(xié)同任務(wù)模式299
9.4.1 空中/地面無人系統(tǒng)協(xié)同299
9.4.2 空中/水面/水下無人系統(tǒng)協(xié)同302
參考文獻306
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