无人机自主攻击技术

欧拉角
y fy u,v,w,,,
z fz u,v,w,,
自动攻击的技术实现
S3 B
S1
S2
CM
AO
yg
y M2
o
D
E
P
M1
F
A
( X A,YA )
zs
BC
O2
Y2
X2
zg ys
xs os (og)
f
xg
H
x
G
对具有自主攻击能力的无人作战飞机的制约
• 人的作用：操控
监控。
• 自主能力分级授权。
目标 信息
本机信息
武器 系统 性能
火力威 胁建模
攻击轨迹决策
智能搜 索算法
考虑地面火 力威胁攻击
轨迹
可发射区 计算
可攻击区 计算
攻击 轨迹
耦合 控制
器
雷达数据库
雷达探测区
地空武器 数据库
地形数据库
防空火力威胁区 地形限制区
威胁空间 威胁概率模型 威胁级别定量 威胁数据文件
AA AA WNF
AA
AA WNF
舵回路
舵面
飞机 动态
武器控制 系统
目标 探测系统
本机信息 （INS、GPS）
机载传感 器
光电探测 设备
成像 投影变换
投影逆变换
机体坐标系中目 标参数计算
坐标转换
地球坐标系中目 标参数计算
合成孔径雷达目标参数测量 量测噪声
融合跟踪 算法
目标参数测量 试验
目标参数
目标状态估计
攻击轨迹决策
目标识别：自主识别／人工识别
yg
y M2
o
D
E
P
M1
F
A
( X A,YA )
zs
BC
O2
Y2
X2
zg
ys
xs
os (og)
xg f
H
x
G
在目标搜索过程中，替代人工标定，从光电／雷达传感 器实时图像中，自动寻找、匹配和定位所需目标，对地面目 标进行识别和指示，为后续的目标锁定和稳定跟踪提供目标 初始位置。
任务 环境 威胁
地形威 胁建模
Z
G
P
Ki
I
rmax
VG Ki1
)
Z
(
D 3
(Z)
Z
B
D2
F
D1(Z )
H min
C
E
A
rmin
VF
F
Ki
W
Di
X
Di VKi cos( ) VF cos(F )
r
d
dt
VKi
sin(
) VF
sin(F
)
120 150 180
90 8000 60
6000
4000
2000
30 0
210
双机编队协同作战任务描述
xd
yd
X
Z
僚机
R
zd
长机
O
惯性坐标系
Y
F A
B
D
C
x
A B
D C
M
目标
R0min (H ,V ,, x , Rd max , Rd min , d max ) R0 R0max (H ,V ,, x, Rd max , Rd min , d max ) min (H ,V ,, x , Rd max , Rd min , d max ) max (H ,V ,, x, Rd max , Rd min , d max ) Hmin H Hmax
2、大量信息汇集到控制中心， 操控员实时处理信息量大。
操控员负担较重,在复 杂战术环境下更加严重。
3、操控员固有生理因素限制， 如估算精度、动作准确性、 反应时间等。
不能充分利用武器系 统的全部效能。
1、
侦察锁定
武器发射
目标毁伤
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
1、
1、
• 系统一体 • 机器学习 • 自主控制 • 集群协同
空军工程大学航空航天工程学院 黄长强
飞控 系统
无人机实际姿态及轨迹
nzac pac 状态反馈
pce
pac
pcf
K
I X
/
S
K
D X
S
K
P X
K
F X
g
Fy
V S
Fr
nzce
nzac
KYD S
nzcf
KYP
Fp
1.0
KYI / S
KYF
副翼
方向舵 控 制 量 输 升降舵 入
油门
无人机六自由度非线性状态方程
u fu u,v,w,q,r,,E, v fv u,v,w, p,r,,,E,R, 气动角度
本机信息 （INS、GPS）
机载传感 器
人在回路操控 地面指挥与控制系统
火控解算
操控杆
通讯数据链
飞行控制 系统
舵回路
武器控制 系统
通讯数据链
目标 探测系统
本机信息 （INS、GPS）
机载传感 器
舵面
飞机 动态
攻击 决策
攻击 轨迹 生成
用于自动攻击的 姿态/火控耦合控制系统
综合火控 系统
耦合控制
飞行控制 系统
w fwu,v,w, p,q,,,E,A,
p fp u,v,w, p,q,r,E,A,R, 位置
q fq u,v,w, p,r,E,A,
典
r fr u,v,w, p,q,r,E,A,R, 速度
型 状
态
f p,q,r,,
输
f q,r,
转动角速度 出
f q,r,,
x fx u,v,w,,,
100
300
100 0
0
2
4
6
8
x
5
AO
S2 M
S1 C S3
B
自主攻击实现示意图
h(t)/km
双机编队协同攻击／照射
三维轨迹
长机 僚机
30
2 20
0
0 5
10
y(t)/km 10
15
x(t)/km
20
25
30 0
长机
投弹任务完成 退出 S2
僚机照射轨迹
S1
僚机 照射任务完成
退出
禁飞区D2
攻击
空军工程大学 黄长强
1、
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
1、自主攻击的军事需求与发展现状 美军“捕食者”无人机作战过程－美军无人机已杀近万人
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
1、
1、信息传输通道易受干扰和 作战时间上的延迟问题。
影响了无人作战飞机的 作战效能。
突发威胁
x 105
6 y/m
4
威胁A
2
等高线平面搜索过程 6
2
4 x/m
50
x
y/m
9
10
x 02110000 30540000
600
500
300
200200100
8
100 0
100 100
7 0 300
200
100
6
0
200 400 200
400 200
0 300 100
300 0
300
x/m
100 300
300
400
500 100
200
2G0n0ew
8
5
x10
10
100 0
400
0 100 400
）
y
5
00
0
A 0 B2
400 120000 0 102003000
4
100
203000
100 302000
3
100
0
600500
320000
0
300
2 1
500
200
0
1400200000
200
340000 200
330
240
300
270
120 150 180
90 8000 60
6000
4000
2000
30 0
来自百度文库
210
330
240
300
270
任务管理 火控解算
参 考 p v ref ref aref 轨 迹
耦合控制器
轨迹跟踪 前馈轨迹指令
nzcf
pcf
误差修正指令
nzce
pce
Fp
智能耦合 Fr 控制单元
Fv
1、
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
1、
美空军
空天作战核心技术：
高空／高速
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
M6～M12
1、1、自主攻击的军事需求与发展现状
场
2、
显示
飞
系统
行
员
火控解算
驾驶杆
飞行员操控 攻击系统
飞行控制 系统
舵回路
舵面
飞机 动态
武器控制 系统
目标 探测系统
综合显示
地面操 控员
开始 初始化 数字化轨迹决策空间 可能选择下一轨迹点 用曲率平滑进行过载限制 叠加最小离地间隙 计算代价函数
是否满足武器
N
约束条件
Y 标定最优攻击轨迹点
是否满足武器
N
发射条件
Y
最优攻击轨迹拟和输出
结束
立体搜索过程
Height/m
1000 500
0
再规划的航迹段 威胁D
-500 10
5
x10 8
威胁B
任务时间分析 在线轨迹规划
飞控系统 感知系统 通信系统 长机Agent
总控Agent
任务分解 协同要素 <t0--tf0>|<tf0--tf> 相对运动约束 姿态、速度 战场态势
照射
任务时间分析 在线轨迹规划
飞控系统 感知系统 通信系统 僚机Agent
防空 阵地D1
武器投放点 ST TF
长机 僚机
O