空间群集高动态对抗运动的博弈控制研究

High dynamic spatial swarm confrontation movement has a strong military application background. This project carries out the following research on game based confrontation movement control around space swarm with high dynamic: 1) research on state estimation of high dynamic spatial swarm confrontation: the modeling of swarm kinematics, the state estimation and tracking based on the interactive multiple model (IMM) in maneuvering target; 2) studies on optimal confrontation strategy on spatial swarm with high dynamic: cluster of optimal interception region, optimal interception mode and target assignment algorithm, and optimal intercept strategy based on collaborative confrontation; 3) studies on fast response control method based on dynamic game, the optimal compound control including cooperation/game, adaptive control based on disturbance observation, and dynamic game-based control on the finite time response, in order to realize the quick attack of enemy targets; 4) studies on system integration and simulation analysis: estimated/control integrated control method, establish a digital simulation and physical simulation platform for swarm dynamic confrontation, validate the correctness of the theoretical research. The objective of the research on high dynamic spatial swarm confrontation target for the space interception provides a theoretical guidance and technical support, and promotes the development of control science and engineering disciplines.

空间群集高动态机动情况下的对抗运动，具有很强的军事应用背景。本项目围绕空间群集高动态对抗运动的博弈控制问题，开展以下研究：1）空间群集高动态对抗运动的状态估计研究：在群集运动学建模的基础上，研究基于交互式多模型（IMM）的机动目标状态估计与跟踪；2）空间群集高动态对抗最优策略研究：群集对抗中的最优截击区域、最优截击模式及目标分配算法，以及基于协同对抗的最优截击策略；3）基于动态博弈的快速响应控制方法研究，包括合作/博弈的最优复合控制，基于干扰观测的自适应控制，以及基于有限时间响应的动态博弈控制，以实现对敌方目标的快速打击；4）系统集成与仿真研究，搭建群集动态对抗仿真平台，研究基于估计/控制综合的控制方法，进行群集动态对抗数字仿真研究和半实物仿真研究与分析，验证理论研究的正确性。本项目的研究成果为空间群集高动态对抗目标截击提供理论指导与技术支持，推动控制科学与工程等学科的发展。

空间群集高动态机动情况下的对抗运动，具有较强的理论研究价值和很强的军事应用背景。本项目以多飞行器群集之间的对抗为背景，将飞行器群集抽象为进行高动态运动的空间群集，深入探索研究了空间群集高动态对抗运动的规律和策略。本项目的研究成果在一定程度上促进了控制理论在动态对抗与协同作战等军事作战领域中的应用。提出的一些共性的理论和方法可以推广到协同作战相关领域中， 具有十分重要的理论研究意义和现实研究价值。.本项目的具体研究成果包括：.1）研究了一种具有“无模型”特性的有限脉冲响应Kriging滤波器，并将其应用到了有限时间响应的制导律设计中，所设计的目标状态估计方法不受目标运动方式的限制，适用于目标运动方式未知的应用场景；所设计的估计/控制综合的制导方法具有在有限时间内收敛的特性，可以从预定角度对机动目标实现快速、高精度的拦截；.2）开展了在攻防双方速度大小为任意比例时，空间群集多飞行器截击区域和基于遗传算法的目标分配研究，基于对空间群集多飞行器截击区域的分析和遗传算法，提出了一种对于防御方保守的目标分配算法，从而尽可能使防御方在攻防对抗中获胜；.3）针对空间飞行器群集协同制导问题，提出了若干制导方法，主要包括：①考虑采用多个飞行器齐射的方式实现对目标的饱和攻击，本项目在考虑时间约束的情况下，研究了一种基于剩余飞行时间的协同末制导方法；②考虑较为实际且一般的多导弹协同作战条件——不预先给定多飞行器系统统一的终端碰撞时间且假设多导弹系统间通讯受战场环境影响可能会发生错误的情况下，开展了多飞行器碰撞角约束和碰撞时间协同制导律研究；.4）基于微分对策理论，推导了一种用于机动目标拦截的集成估计/制导律；在球面坐标系下，利用EKF和UKF两种非线性滤波器设计了一种纯方位制导估计器；对于空间追逃问题，利用ZEM向量推导出了有界微分对策制导律；针对仅方位测量导引头无法直接测量距离和相对速度的问题，提出了一种观测增强微分对策的导引律来提高估计量的可观测性；通过构建ZEM阈值减少制导指令抖动，在三维非线性仿真中考虑了非机动和机动目标拦截问题。.总结项目的研究成果，我们发表了48篇学术论文，其中期刊23篇 （SCI 20篇，EI 3篇），会议论文25篇，取得中国专利1项，培养博士研究生5人，硕士研究生3人。