本技术公开了一种针对切换通信拓扑结构下导弹集群的去中心化微分博弈协同制导方法,通过引入虚拟领弹‑从弹架构,各导弹从其初始位置构建虚拟领弹,简化后虚拟领弹群系统中节点通过拓扑结构的状态信息交互,协调虚拟状态,生成虚拟共识状态轨迹,从而实现去中心化控制。考虑通信拓扑结构切换,结合微分博弈理论和自适应动态规划求解跟踪期望轨迹的最优控制方案,并在该针对非线性系统线求解最优控制策略的过程中,设计了网络权值更新机制。通过提出切换信号的平均驻留时间限制条件,并给出了部分参数和变量需满足的假设与条件,该方案下可使设计的多Lyapunov函数实现指数收敛,保证了在拓扑切换情况下使用该制导方案的导弹集群的稳定性能。
背景技术
近年来,随着现代战争呈现出越来越强的非接触、精确化、信息化、体系化等特征,精确制导武器作为实现现代战场目标打击的主要装备,其相关技术与装备的发展受到世界各国的高度关注,正以前所未有的速度蓬勃发展,发挥出不可替代的作用。同时导弹-目标攻防的复杂化,单导弹作战在现代战争中的局限性日益凸显。同时,集群智能协同控制理论的发展,令人们对多智能体系统协同控制中各类问题给予了相当大的关注,这促使在现代战争环境下研究导弹集群协同制导策略,并考虑在战场诸如敌方拒绝服务(Denail ofService,DoS)等针对导弹集群攻击,以增强导弹在战场多种威胁下的作战效能,成为设计先进导弹系统的关键所在。
与一般的多智能体集群控制问题不同,受导弹高速高机动性条件制约,所需的协同控制方式要求更高的实时性和更少的通信数据,控制的结果应使得飞行轨迹更加平滑且不能出现盘旋或静止现象。其次,导弹作为一种具有攻击性的武器,其行动的结果往往涉及到军事战略、安全等问题。因此,在多导弹协同控制问题中,除了需要考虑技术层面的因素外,还需要考虑更为复杂的非技术因素,如战略决策、作战指挥、政治影响等。这些因素使得多导弹协同控制问题更加复杂和敏感,需要更为全面和深入的研究。动力学限制、任务需求不同以及涉及的复杂非技术因素等方面的问题,使得集群控制技术在导弹制导上的应用需要深入研究并寻求有效的解决方案,以实现导弹的高效协同控制并取得预期的作战效果。
针对包括导弹集群协同拦截目标在内的多智能体协同控制问题,目前主流方法为使用“领弹-从弹”结构,对从弹设计分布式观测器实现时间协同;或通过设计分布式观测器估计给定虚拟领导者信息,结合强化学习方法实现了非线性和执行器故障下的同步控制。而在上述领导者-跟随者架构,或给定输入虚拟领导信号加入拓扑结构的方法下,关键中心节点缺失易导致导弹集群的失效,故有必要实现去中心化以满足导弹集群节点自治能力需求。同时由于战场目标机动通常未知,微分对策在导弹拦截制导等问题中得到了广泛的应用,通过该多方最优控制理论,可研究目标在我方非理想机动下的制导策略。自适应动态规划(Adaptive Dynamics Programming,ADP)结合了神经网络,在解决非线性系统难以求解偏微分Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程等问题上得到了广泛应用。若考虑网络攻击对上述导弹集群协同制导的影响,其主要体现在通信网络连通性遭到一定程度破坏,即在可表现为切换拓扑信号的网络攻击信号作用下,导弹集群系统将发生变换,而切换系统稳定性的分析方法不能直接应用于具有切换拓扑的多智能体系统。就该类问题,诸多学者研究了半马尔可夫切换拓扑过程下多智能体的一致性问题,分析了切换拓扑下多类线性、非线性多智能体系统状态共识的条件及收敛性能。但目前针对微分博弈下使用ADP方法解决包括导弹集群拦截制导在内多智能体控制问题时,尚缺少就切换拓扑情形的改进方案及该方法下系统对共识收敛性能的研究。因此,有必要针对切换通信拓扑结构对导弹集群一致性协同控制的影响,开展导弹集群基于微分博弈的去中心化协同控制的研究。
实现思路