题目：多飞行器分布式协同制导与控制方法

       多飞行器之间的协同作战模式是当前信息化、网络化环境下适应“以平台为中心”的单个飞行器的作战模式向“以网络为中心”的多飞行器间协同作战模式转移的需要。多导弹协同作战作为多飞行器协同作战的主要形式之一，可以实现新的增强型作战能力，使整体系统的协同作战效能大于各枚导弹作战效能的简单之和。导弹武器的协同攻击技术不仅是增加导弹突防能力的一种重要手段，而且还可以提高对运动目标的搜捕能力、识别能力和攻击 效果。

        论文主要研究多飞行器分布式制导与控制技术，解决多导弹分布式协同制导律与控制器设计问题；研究多无人机编队飞行控制中存在通信时延的一致性。具体内容包括：


攻击二维平面机动目标的多导弹分布式协同制导律


       基于传统的比例导引律，提出了一种攻击机动目标的分布式协同制导律。在分布式通信和增广比例导引的基础上，基于网络同步原理设计了一种多导弹拦截机动目标的分布式协同制导律。该分布式协同制导律由导弹本地导引律和分布式协调策略两部分组成，本地导引律由增广比例导引得到，基于网络同步原理设计了导弹之间的分布式协调策略，实现多弹对机动目标的同时协同攻击。该分布式协同制导律只需要视距内相邻导弹之间传输状态信息，具有通信量小、可扩展性好等特点。仿真给出了三个导弹协同攻击一个机动目标的情形，结果表明多弹网络系统采用该制导律的有效性。


能量最优的分布式双层制导策略


        提出一种能量最优分布式协同制导律，采用双层制导结构，上层为协调层，通过一致性策略计算协调变量；下层为控制层，接收协调层计算得到的协调变量并通过自身的制导律实现。取所有导弹的总控制能量作为代价函数并利用最优控制理论求得协调变量的形式，设计合适的一致性策略实现此协调变量趋于相同。仿真结果表明该能量最优分布式协同制导律的良好性能。


基于网络同步原理的三维协同制导与控制系统


        针对多枚导弹三维空间协同攻击机动目标要求，基于网络同步原理提出了一种多导弹分布式协同制导律。首先基于网络同步原理设计了一种适用于三维导弹位置同步算法，将目标视作领弹，与攻击导弹组成“领弹-从弹”的拓扑结构，实现了导弹对目标的协同攻击引导。给出了惯性坐标系导弹三个方向速度的指令，并将其转化为自动驾驶仪可以跟踪的速度及弹道倾角指令。分别基于线性的切换控制器和非线性的反步滑模控制器设计了导弹自动驾驶仪，实现了多导弹协同制导与控制的闭环仿真。其中非线性控制器基于反步法将控制器设计的过程转化为三步,分别为速度及弹道子系统、气动角子系统和角速率子系统设计,各子系统采用滑模控制.控制器设计中采用扩展状态观测器对气动参数摄动和外部扰动进行估计和补偿. 针对一致性策略在实现过程中可能造成的碰撞问题，借鉴多无人机分布式编队飞行方案，设计了碰撞自规避分布式协同策略。仿真结果验证了控制器的跟踪特性及导弹的协同攻击效果。


基于比例导引的有限时间协同制导律


       针对多导弹协同制导问题，提出了有限时间协同制导律。在比例导引的基础上，引入时变的制导时间调节因子来调节制导时间，并将有限时间控制理论应用到多弹协同中，解决制导时间的快速一致问题。针对带符号函数的有限时间制导算法给出的加速度指令存在颤振的问题，给出了一种连续的改进协同制导算法，该制导算法能保证较高精度，且避免了颤振问题，能很好的适应工程的需要。考虑到实际空战中的通信限制和战术隐身需求，设计了分布式有限时间协同制导律，采用邻域通信极大地减少了系统的通信量， 仿真结果验证了有限时间协同制导律的良好性能。


存在通信时延的多无人机编队飞行控制


       设计了多无人机分散化飞行速度和航向角同步算法及编队控制策略，针对通信链路中存在时延的情况进行分析，给出系统一致性所需时延应满足的条件。