本書系統性地介紹了無人飛行器制導控制與集群智能的相關理論方法及應用。首先，綜述了無人飛行器、制導與控制、集群智能協同控制以及集群作戰應用的技術發展現狀；其次，介紹了固定翼無人機、旋翼無人飛行器、導彈、高超聲速無人飛行器、變體無人飛行器的制導與控制理論方法；接著，闡述了無人飛行器集群的自組織任務規劃、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同偵察、對地打擊、飽和攻擊、空中對抗等典型作戰應用；最后，分析了無人系統集群智能跨域協同的作戰概念和技術內涵。
目錄
“智能科學技術著作叢書”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 制導與控制10
1.2.1 自主控制10
1.2.2 制導11
1.2.3 飛行控制13
1.3 集群智能協同控制16
1.3.1 自組織系統集群智能16
1.3.2 集群協同控制18
1.4 集群智能作戰應用30
1.4.1 集群作戰概念30
1.4.2 協同偵察與監視36
1.4.3 協同搜索與攻擊38
1.4.4 協同空戰對抗41
1.4.5 協同防御與反集群43
參考文獻46
第2章 固定翼無人機制導與控制50
2.1 數學建模分析50
2.1.1 動力學與運動學方程組50
2.1.2 自然特性分析52
2.2 飛行控制53
2.2.1 經典控制53
2.2.2 最優控制54
2.2.3 預見控制55
2.2.4 滑模控制56
2.2.5 動態逆控制57
2.2.6 反步控制58
2.2.7 自適應控制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/回收引導系統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與控制96
3.1 單旋翼無人直升機96
3.1.1 系統建模96
3.1.2 飛行控制98
3.1.3 著艦引導與控制98
3.2 多旋翼無人飛行器101
3.2.1 系統建模101
3.2.2 飛行控制102
3.2.3 視覺引導移動平臺自主起降104
3.2.4 視覺引導移動目標檢測與跟蹤109
3.3 傾轉旋翼無人飛行器110
3.3.1 系統建模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/涵道風扇無人直升機114
參考文獻116
第4章 導彈制導與控制118
4.1 數學建模118
4.1.1 基本坐標系轉換關系118
4.1.2 非線性六自由度模型120
4.2 制導與控制122
4.2.1 制導原理122
4.2.2 彈目運動模型124
4.2.3 導引規律125
4.2.4 控制規律128
4.3 目標檢測與跟蹤131
4.3.1 目標檢測131
4.3.2 目標跟蹤133
4.4 武器目標分配135
4.4.1 武器目標分配原理135
4.4.2 態勢評估135
4.4.3 靜態武器目標分配137
4.4.4 動態武器目標分配139
4.5 多彈協同制導146
4.5.1 協同制導原理146
4.5.2 時間約束獨立式協同制導147
4.5.3 時間和角度同時約束獨立式協同制導151
4.5.4 時間約束綜合式協同制導153
參考文獻156
第5章 高超聲速無人飛行器制導與控制158
5.1 數學建模分析158
5.1.1 飛行器模型建立158
5.1.2 飛行器復雜特性160
5.2 飛發一體參數化建模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 軌跡優化166
5.3.1 爬升軌跡優化166
5.3.2 再入軌跡優化169
5.4 飛行控制171
5.4.1 自適應控制171
5.4.2 滑模控制174
5.4.3 控制技術展望175
參考文獻177
第6章 變體無人飛行器制導與控制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 關鍵技術182
6.2 變形結構與材料183
6.2.1 自適應結構183
6.2.2 智能材料186
6.3 常規變體飛行器187
6.3.1 動力學建模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同控制204
7.1 自組織系統模型框架204
7.2 協同任務規劃207
7.2.1 基于市場機制的任務分配207
7.2.2 基于群體智能優化的任務分配211
7.2.3 基于RRT-Connect的自主航跡規劃213
7.3 信息感知與交互214
7.3.1 環境信息感知214
7.3.2 集群內部信息交互215
7.3.3 信息交互網絡拓撲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 基于深度強化學習的集群控制227
7.4.5 基于群體智能優化的集群控制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 基于制導控制一體化的集群控制234
7.5.3 基于制導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同作戰240
8.1 集群協同廣域點目標偵察240
8.1.1 點目標協同偵察任務240
8.1.2 基于人工勢場與蟻群優化的協同偵察242
8.2 集群協同廣域面目標偵察247
8.2.1 面目標協同偵察任務247
8.2.2 基于粒子群優化與Dubins曲線的協同偵察249
8.3 集群協同對地打擊252
8.3.1 對地協同打擊任務252
8.3.2 基于合同網與RRT-Connect的協同打擊254
8.4 集群協同突防打擊258
8.4.1 協同突防打擊任務258
8.4.2 全系統防御下的集群突防259
8.4.3 基于人工勢場的協同突防打擊260
8.4.4 基于狼群優化的協同突防打擊262
8.4.5 基于混合人工勢場-狼群優化的協同突防打擊264
8.5 集群協同飽和攻擊266
8.5.1 協同飽和攻擊任務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 集群協同空戰對抗271
8.6.1 協同空戰對抗任務272
8.6.2 基于自適應模擬退火-遺傳優化的協同對抗273
8.6.3 基于蘭徹斯特方程-粒子群優化的協同對抗275
參考文獻280
第9章 無人系統集群智能跨域協同281
9.1 跨域協同作戰概念281
9.2 跨域無人系統284
9.2.1 無人系統分類284
9.2.2 無人系統自主等級286
9.2.3 無人系統作戰任務287
9.2.4 人在回路288
9.3 跨域協同指揮與控制290
9.3.1 目標與要求290
9.3.2 指揮與控制結構292
9.3.3 通信與網絡結構297
9.4 跨域協同任務模式299
9.4.1 空中/地面無人系統協同299
9.4.2 空中/水面/水下無人系統協同302
參考文獻306
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