專利名稱：一種基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，屬于制導(dǎo)與控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
昆蟲在飛行移動時，周圍環(huán)境的亮度模式在視網(wǎng)膜上形成一系列連續(xù)變化的圖像，這一系列連續(xù)變化的信息不斷“流過”視網(wǎng)膜，好像是一種光的“流”，故稱這種圖像亮度模式的表觀運(yùn)動為光流。如圖I所示，當(dāng)昆蟲A去捕獲目標(biāo)昆蟲B時，如果A —直能確保自己位于目標(biāo)昆蟲B與焦點F的連線上，那么在昆蟲B的視網(wǎng)膜上就無法形成關(guān)于A運(yùn)動的光流，B會認(rèn)為A —直是靜止在焦點F處,這樣A就能迅速的捕獲到B。焦點F定義為初始 時刻AB連線及其延長線上選定的任意點?？梢赃x在A點處，也可以選在無窮遠(yuǎn)處。圖I所示為選擇A點為焦點F的情況，圖2為焦點F選在無窮遠(yuǎn)處的情況。此即為昆蟲在捕捉目標(biāo)過程中的“隱身”策略。自然界飛行昆蟲的眼睛無論是單眼還是復(fù)眼，都只是一種視覺傳感系統(tǒng)，能獲得目標(biāo)的信息有限，但是，飛行昆蟲確能依靠視覺系統(tǒng)實現(xiàn)對機(jī)動目標(biāo)的捕獲，能形成類似與最完美的“平行接近法”一樣的導(dǎo)引軌跡，或者“三點法”導(dǎo)引軌跡，這些啟發(fā)了本發(fā)明所述的基于視覺的制導(dǎo)系統(tǒng)。本發(fā)明焦點F選在無窮遠(yuǎn)處形成的即是與“平行接近法” 一樣的導(dǎo)引軌跡。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過從微觀結(jié)構(gòu)與功能上對生物大腦神經(jīng)系統(tǒng)模擬而建立起來的一類模型，具有模擬生物的部分思維的能力，其特點主要是具有非線性、學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)性，是模擬生物智能的一條重要途徑。它是由簡單信息處理單元互聯(lián)組成的網(wǎng)絡(luò)，能接受并處理信息。網(wǎng)絡(luò)的信息處理由處理單元之間的相互作用來實現(xiàn)，它是通過把問題表達(dá)成處理單元之間的連接權(quán)來處理的?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的以上特點，本發(fā)明應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來模擬飛行昆蟲的制導(dǎo)技術(shù)，使得彈藥只通過視覺傳感系統(tǒng)便能形成理想的導(dǎo)引軌跡。在傳統(tǒng)導(dǎo)引方法中，“平行接近法”導(dǎo)引的彈道最為平直，所需的法向過載較小，可以實現(xiàn)全向攻擊。雖然“平行接近法”被認(rèn)為是一種最好的導(dǎo)引方法，但到目前為止，“平行接近法”并未得到廣泛的應(yīng)用，主要原因是實施這種導(dǎo)引方法對制導(dǎo)系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的要求，要求制導(dǎo)系統(tǒng)在每一瞬間都要精確地測量目標(biāo)、彈藥速度及前置角，并嚴(yán)格保持“平行接近法”的運(yùn)動關(guān)系，即保證彈藥的相對速度始終指向目標(biāo)。由于傳感器的局限性等原因，很難滿足上述條件，導(dǎo)致了 “平行接近法”很難實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以飛行昆蟲的感知學(xué)、神經(jīng)學(xué)為基礎(chǔ)，提出一種基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，能夠使智能彈藥或者其它微小型制導(dǎo)彈藥在復(fù)雜的環(huán)境中，具有強(qiáng)的飛行穩(wěn)定魯棒性，能迅速捕獲并攻擊目標(biāo)。本發(fā)明提出的“一種基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法”，包括以下步驟第一步發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，進(jìn)入末制導(dǎo)階段；
第二步指定焦點F位置；第三步初始化數(shù)據(jù)，包括探測步長h，彈藥到焦點F的距離以及方位角Θ。、彈藥的初始運(yùn)動速率Vp以及方向％、目標(biāo)到彈藥的距離rt(l以及方位角β ο,目標(biāo)到彈藥的距離以及方位角由視覺傳感器給出；第四步根據(jù)上一時刻彈藥到焦點F的距離Fpiri和方位角Θ ,以及彈藥的運(yùn)動速率Vp和方向αη 1 _，加上探測步長h，應(yīng)用制導(dǎo)方法的距離感知器和方位感知器，距離感知器和方位感知器計算的結(jié)果送入速度方向感知器中，作為速度方向感知器的輸入，計算當(dāng)前彈藥到焦點F的距離rpn和方位角θ n ；由彈載微處理器實現(xiàn)距離感知器和方位感知器的計算功能。距離感知器和方位感
知器具體的計算方法為
權(quán)利要求
1.一種基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，其特征包括以下步驟 A、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并進(jìn)入末制導(dǎo)階段； B、指定焦點F位置； C、初始化數(shù)據(jù),初始化數(shù)據(jù),包括探測步長h,彈藥到焦點F的距離rp(l以及方位角Θ0>彈藥的初始運(yùn)動速率Vp以及方向α ο、目標(biāo)到彈藥的距離rt(l以及方位角β ^ ; D、根據(jù)上一時刻彈藥到焦點F的距離Tpiri和方位角Θ,以及彈藥的運(yùn)動速率Vp和方向α η_1;加上探測步長h，應(yīng)用制導(dǎo)方法的距離感知器和方位感知器，計算當(dāng)前彈藥到焦點F的距離rpn和方位角θη; Ε、根據(jù)當(dāng)前彈藥到焦點F的距離rpn和方位角θ n，以及目標(biāo)到彈藥的距離rtn和方位角βη，加上上一時刻彈藥速度方向Oiri和探測步長h，應(yīng)用制導(dǎo)方法的速度方向感知器計算當(dāng)前彈藥的速度方向αη; F、以上C-D步驟迭代進(jìn)行，直到彈藥擊中目標(biāo)，結(jié)束末制導(dǎo)階段。
2.如權(quán)利要求I所述的基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，其特征在于視覺傳感器獲得的彈藥的距離以及方位數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)，彈藥一直飛行與焦點F和目標(biāo)的連線上，并以此飛行軌跡擊中目標(biāo)。
3.如權(quán)利要求I所述的基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，其特征在于所述彈藥到焦點F的距離和方位數(shù)據(jù) 應(yīng)用數(shù)值積分的方法計算方程
4.如權(quán)利要求I所述的基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，其特征在于速度方向感知器計算彈藥運(yùn)動方向應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及離線的反向傳播學(xué)習(xí)規(guī)則得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各層權(quán)值。
全文摘要
本發(fā)明所述一種基于昆蟲視覺仿生的末制導(dǎo)方法，屬于制導(dǎo)與控制技術(shù)領(lǐng)域。包括基于昆蟲捕捉目標(biāo)過程中的“隱身”策略的制導(dǎo)方法以及其基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方式。所述的制導(dǎo)方法利用視覺傳感器上探測到的目標(biāo)信息，估算出目標(biāo)的距離以及位置信息，然后根據(jù)此信息，產(chǎn)生彈藥需要運(yùn)動的方向信息，再通過控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為控制指令，控制彈藥精確擊中目標(biāo)。本發(fā)明設(shè)計的制導(dǎo)方法能使彈藥得到理想的彈道，能滿足彈藥在僅搭載視覺傳感器的情況下，用理想的彈道追蹤目標(biāo)的要求。實現(xiàn)了傳統(tǒng)方法必須依靠主動式探測器，如雷達(dá)導(dǎo)引頭，才能實現(xiàn)的“平行接近法”制導(dǎo)。
文檔編號G05D1/12GK102880191SQ20121040529
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者王正杰, 馬昀, 黃偉林, 尚斐, 吳炎烜 申請人:北京理工大學(xué)