Guidance law of interceptors against a high-speed maneuvering target based on deep Q-Network

加速度 计算机科学 强化学习 控制理论(社会学) 功能(生物学) 法学 拦截 弹道 人工智能 控制(管理) 生物 进化生物学 经典力学 物理 生态学 政治学 天文
作者
Ming-Yu Wu,Xianjun He,Zhi-ming Qiu,Zhihua Chen
出处
期刊:Transactions of the Institute of Measurement and Control [SAGE Publishing]
卷期号:44 (7): 1373-1387 被引量:5
标识
DOI:10.1177/01423312211052742
摘要

This paper proposes a novel guidance law for intercepting a high-speed maneuvering target based on deep reinforcement learning, which mainly includes the interceptor–target relative motion model and value function approximation model based on deep Q-Network (DQN) with prioritized experience replay. First, a method called prioritized experience replay is applied to extract more efficient samples and reduce the training time. Second, to cope with the discrete action space of DQN, a normal acceleration is introduced to the state space, and the normal acceleration rate is chosen as the action. Then, the continuous normal acceleration command is obtained using numerical integral method. Third, to make the line-of-sight (LOS) rate converge rapidly, the reward function whose absolute value tends to zero has been constructed. Finally, compared with proportional navigation guidance (PNG) and the Q-Learning-based guidance law (QLG), the simulation experiments are implemented to intercept high-speed maneuvering targets at different acceleration policies. Simulation results demonstrate that the proposed DQN-based guidance law (DQNG) can obtain continuous acceleration command, make the LOS rate converge to zero rapidly, and hit the maneuvering targets using only the LOS rate. It also confirms that DQNG can realize the parallel-like approach and improve the interception performance of the interceptor to high-speed maneuvering targets. The proposed DQNG also has the advantages of avoiding the complicated formula derivation of traditional guidance law and eliminates the acceleration buffeting.

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