An Angle-Constrained Cooperative Guidance Law Based on a Novel Second-Order Consensus Protocol

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2025.04.009

Abstract

Abstract:

Research into the design of cooperative guidance law with terminal angle constraints has been carried out for the problem of cooperative interception of high-speed and large maneuvering targets by multiple missiles from different initial positions in a two-dimensional plane. Considering the influence of the second-order consensus protocol on the cooperative time and guidance time， a novel second-order consensus protocol is proposed. Based on this protocol， the cooperative guidance law on the line of sight （LOS） is designed；the angle constrained guidance law in the normal direction of the LOS is designed by using a non-singular terminal sliding mode control method to solve the intrinsic jitter problem of the traditional sliding mode control. The finite-time stability of the closed-loop system is demonstrated by Lyapunov theory. Simulation results show that the designed guidance law can ensure the missiles achieve cooperation and hit the target at the desired angle in finite time， and outperforms the traditional cooperative guidance law in terms of guidance performance.

Key words: cooperative guidance, sliding mode control, guidance law design, angle constraints, maneuvering targets, finite time

摘要：

针对多枚导弹在二维平面内对高速大机动目标的协同拦截问题，开展了具有终端角度约束的多弹协同制导律设计研究。考虑二阶一致性算法对协同时间与制导时间的影响，提出了一种新型的二阶一致性算法，并基于此算法对视线上的协同制导律进行了设计；采用非奇异终端滑模控制方法设计了视线法线方向上的角度约束制导律，以解决传统滑模的固有抖振问题。通过Lyapunov理论对闭环系统的有限时间稳定性进行了证明。仿真结果表明：所设计的制导律能确保各弹在有限时间内实现协同并以期望角度命中目标，且在制导性能上优于传统的协同制导律。

关键词: 协同制导, 滑模控制, 制导律设计, 角度约束, 机动目标, 有限时间

CLC Number:

TJ765.3

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Figures/Tables 7

Fig. 1 Relative motion relationship diagram of multiple missiles and target

Fig. 2 Inter-missile communication topology

Table1 Initial simulation conditions

对象	位置坐标/m	初速/（m·s^-1）	初始弹道偏角/（°）
弹1	（-2 500，8 000）	1 000	-10
弹2	（-2 500，-7 500）	1 000	30
弹3	（-5 000，7 000）	1 000	-20
目标	（0，0）	300	30

Table 2 Off-target volume， terminal line-of-sight angle， and strike time corresponding to the proposed guidance law

对象	脱靶量/m	视线角/（°）	打击时间/s
弹1	0.006	-80.075	13.086
弹2	0.272	84.771	13.086
弹3	0.008	-71.963	13.086

Fig. 3 Simulation results by adapting the proposed guidance law

Table 3 Off-target volume， terminal line-of-sight angle， and strike time corresponding to the contrasting guidance law

对象	脱靶量/m	视线角/（°）	打击时间/s
弹1	20.167	-79.974	14.249
弹2	0.341	85.077	14.249
弹3	22.918	-71.974	14.249

Fig. 4 Simulation results of the contrasting guidance law

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