无人飞行器制导控制与集群智能

《无人飞行器制导控制与集群智能》系统性地介绍了无人飞行器制导控制与集群智能的相关理论方法及应用。*先，综述了无人飞行器、制导与控制、集群智能协同控制以及集群作战应用的技术发展现状；其次，介绍了固定翼无人机、旋翼无人飞行器、导弹、高超声速无人飞行器、变体无人飞行器的制导与控制理论方法；接着，阐述了无人飞行器集群的自组织任务规划、信息感知交互及运动控制方法的基本原理；然后，研究了无人飞行器集群协同侦察、对地打击、饱和攻击、空中对抗等典型作战应用；*后，分析了无人系统集群智能跨域协同的作战概念和技术内涵。

目录
“智能科学技术著作丛书”序
前言
第1章 绪论1
1.1 无人飞行器1
1.1.1 基本概念1
1.1.2 固定翼无人机2
1.1.3 旋翼无人飞行器4
1.1.4 导弹5
1.1.5 高超声速无人飞行器7
1.1.6 变体无人飞行器8
1.2 制导与控制10
1.2.1 自主控制10
1.2.2 制导11
1.2.3 飞行控制13
1.3 集群智能协同控制16
1.3.1 自组织系统集群智能16
1.3.2 集群协同控制18
1.4 集群智能作战应用30
1.4.1 集群作战概念30
1.4.2 协同侦察与监视36
1.4.3 协同搜索与攻击38
1.4.4 协同空战对抗41
1.4.5 协同防御与反集群43
参考文献46
第2章 固定翼无人机制导与控制50
2.1 数学建模分析50
2.1.1 动力学与运动学方程组50
2.1.2 自然特性分析52
2.2 飞行控制53
2.2.1 **控制53
2.2.2 *优控制54
2.2.3 预见控制55
2.2.4 滑模控制56
2.2.5 动态逆控制57
2.2.6 反步控制58
2.2.7 自适应控制59
2.2.8 智能控制60
2.3 故障诊断与容错控制63
2.3.1 故障诊断63
2.3.2 容错控制67
2.4 大迎角超机动飞行69
2.4.1 大迎角超机动特性分析69
2.4.2 大迎角超机动飞行控制72
2.5 自动着舰/回收73
2.5.1 着舰/回收方式73
2.5.2 着舰/回收引导系统75
2.5.3 着舰/回收飞行控制78
2.6 空中加油83
2.6.1 软式空中加油83
2.6.2 硬式空中加油87
2.7 短距起飞垂直降落89
2.7.1 飞机基本构型89
2.7.2 起降飞行控制90
参考文献92
第3章 旋翼无人飞行器制导与控制96
3.1 单旋翼无人直升机96
3.1.1 系统建模96
3.1.2 飞行控制98
3.1.3 着舰引导与控制98
3.2 多旋翼无人飞行器101
3.2.1 系统建模101
3.2.2 飞行控制102
3.2.3 视觉引导移动平台自主起降104
3.2.4 视觉引导移动目标检测与跟踪109
3.3 倾转旋翼无人飞行器110
3.3.1 系统建模110
3.3.2 飞行控制111
3.4 共轴双旋翼无人直升机113
3.5 旋翼/涵道风扇无人直升机114
参考文献116
第4章 导弹制导与控制118
4.1 数学建模118
4.1.1 基本坐标系转换关系118
4.1.2 非线性六自由度模型120
4.2 制导与控制122
4.2.1 制导原理122
4.2.2 弹目运动模型124
4.2.3 导引规律125
4.2.4 控制规律128
4.3 目标检测与跟踪131
4.3.1 目标检测131
4.3.2 目标跟踪133
4.4 武器目标分配135
4.4.1 武器目标分配原理135
4.4.2 态势评估135
4.4.3 静态武器目标分配137
4.4.4 动态武器目标分配139
4.5 多弹协同制导146
4.5.1 协同制导原理146
4.5.2 时间约束*立式协同制导147
4.5.3 时间和角度同时约束*立式协同制导151
4.5.4 时间约束综合式协同制导153
参考文献156
第5章 高超声速无人飞行器制导与控制158
5.1 数学建模分析158
5.1.1 飞行器模型建立158
5.1.2 飞行器复杂特性160
5.2 飞发一体参数化建模161
5.2.1 几何建模161
5.2.2 机理建模163
5.2.3 代理建模166
5.3 轨迹优化166
5.3.1 爬升轨迹优化166
5.3.2 再入轨迹优化169
5.4 飞行控制171
5.4.1 自适应控制171
5.4.2 滑模控制174
5.4.3 控制技术展望175
参考文献177
第6章 变体无人飞行器制导与控制179
6.1 基本变形原理179
6.1.1 概念与分类179
6.1.2 总体特性180
6.1.3 关键技术182
6.2 变形结构与材料183
6.2.1 自适应结构183
6.2.2 智能材料186
6.3 常规变体飞行器187
6.3.1 动力学建模187
6.3.2 飞行控制188
6.4 可变翼空天飞行器191
6.4.1 小翼伸缩特性191
6.4.2 轨迹优化192
6.4.3 飞行控制194
6.5 变后掠翼空天飞行器196
6.5.1 变后掠翼特性196
6.5.2 气动模型辨识198
6.5.3 飞行控制200
参考文献201

第7章 无人飞行器集群智能协同控制204
7.1 自组织系统模型框架204
7.2 协同任务规划207
7.2.1 基于市场机制的任务分配207
7.2.2 基于群体智能优化的任务分配211
7.2.3 基于RRT-Connect的自主航迹规划213
7.3 信息感知与交互214
7.3.1 环境信息感知214
7.3.2 集群内部信息交互215
7.3.3 信息交互网络拓扑216
7.4 高等级集群控制218
7.4.1 高等级运动模型218
7.4.2 基于自组织行为的集群控制220
7.4.3 基于一致性控制的集群控制224
7.4.4 基于深度强化学习的集群控制227
7.4.5 基于群体智能优化的集群控制230
7.5 低等级集群控制232
7.5.1 低等级运动模型232
7.5.2 基于制导控制一体化的集群控制234
7.5.3 基于制导控制分离的集群控制235
参考文献238
第8章 无人飞行器集群智能协同作战240
8.1 集群协同广域点目标侦察240
8.1.1 点目标协同侦察任务240
8.1.2 基于人工势场与蚁群优化的协同侦察242
8.2 集群协同广域面目标侦察247
8.2.1 面目标协同侦察任务247
8.2.2 基于粒子群优化与Dubins*线的协同侦察249
8.3 集群协同对地打击252
8.3.1 对地协同打击任务252
8.3.2 基于合同网与RRT-Connect的协同打击254
8.4 集群协同突防打击258
8.4.1 协同突防打击任务258
8.4.2 全系统防御下的集群突防259
8.4.3 基于人工势场的协同突防打击260
8.4.4 基于狼群优化的协同突防打击262
8.4.5 基于混合人工势场-狼群优化的协同突防打击264
8.5 集群协同饱和攻击266
8.5.1 协同饱和攻击任务266
8.5.2 基于Dubins*线的潜行抵近267
8.5.3 基于一致性控制的合围等待268
8.5.4 全系统防御下的集群突防269
8.5.5 基于Dubins*线与一致性控制的饱和攻击270
8.6 集群协同空战对抗271
8.6.1 协同空战对抗任务272
8.6.2 基于自适应模拟退火-遗传优化的协同对抗273
8.6.3 基于兰彻斯特方程-粒子群优化的协同对抗275
参考文献280
第9章 无人系统集群智能跨域协同281
9.1 跨域协同作战概念281
9.2 跨域无人系统284
9.2.1 无人系统分类284
9.2.2 无人系统自主等级286
9.2.3 无人系统作战任务287
9.2.4 人在回路288
9.3 跨域协同指挥与控制290
9.3.1 目标与要求290
9.3.2 指挥与控制结构292
9.3.3 通信与网络结构297
9.4 跨域协同任务模式299
9.4.1 空中/地面无人系统协同299
9.4.2 空中/水面/水下无人系统协同302
参考文献306
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