CN110186328B

CN110186328B - 一种多目标拦截的导弹分配方法及系统

Info

Publication number: CN110186328B
Application number: CN201910476807.5A
Authority: CN
Inventors: 任章; 陈籽妍; 梁子璇; 董希旺; 郭栋; 李清东; 吕金虎
Original assignee: Beihang University; Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beihang University; Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: CN110186328A

Abstract

本发明公开了一种多目标拦截的导弹分配方法及系统。该方法包括：获取分配给待拦截目标的导弹个数、导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数，根据导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载；根据法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗；根据分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值；根据导弹对目标的拦截消耗和待拦截目标的价值建立武器目标分配模型；根据武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果。采用本发明的方法及系统，能够同时考虑导弹数量的分配和拦截目标的价值，具有能够提高作战效果的优点。

Description

一种多目标拦截的导弹分配方法及系统

技术领域

本发明涉及空中目标拦截技术领域，特别是涉及一种多目标拦截的导弹分配方法及系统。

背景技术

信息化作战在现代高科技局部战争中的地位和作用日益突出，而武器目标分配(Weapon Target Assignment，WTA)问题又是战场指挥决策者最关心的一个关键问题。它主要研究的是一个武器系统如何在已知来袭目标对己方的威胁等级、破坏概率、己方防御武器的杀伤概率和受保护资源的重要程度等因素的条件下，按一定的分配原则、因素、约束条件，设计合适的武器分配方案，使得最大限度地消除来袭目标的威胁，并且使己方资源的损失能够减到最小。在多武器、多目标的战场环境中，即使对于同样的武器系统，如果采用的是基于不同的指挥原则和模型的分配方案，也会产生不同的作战效果。因而设计一个合理的作战策略和分配方案，在多对多拦截的战场环境中具有很大的现实意义。

武器目标分配问题本质上属于优化问题，历经半个多世纪的发展，如今分配算法已经较为成熟，但武器目标分配问题在策略上还有很大的研究空间。肖冰松针对超视距空战以中远距空空导弹为主要武器的特点，提出了一种新的威胁评估方法，该方法根据参战双方飞机火控系统和武器系统性能参数，分别构造参战双方飞机方位角、进入角、距离、高度和速度等优势函数，从而聚合为空战优势。费爱国提出了一种分布式的多机协同火力分配方法，该方法对肖冰松文中的角度优势函数和能量优势函数进行了改进，同时考虑了火力分配的效益和代价，能在较短的时间内给出较为合理的协同火力分配方案。荆献勇定性分析了目标位置对于威胁度的影响，根据探测距离、导弹射程等参数，将敌我距离分成不同阶段，区分敌我性能强弱的不同情况，分阶段建立了一种新的距离指标模型。

虽然上述研究对于提升空战收益评估的准确性具有很大的积极意义，然而，这些分配依据的选择都没有充分考虑导弹的拦截过程。在多武器、多目标的战场环境中，拦截过程中最重要的因素是过载，过载直接影响拦截效果，但在比例导引制导律下，因为导引律通常在3～6的范围内选择，那么此时就无法通过导弹的初始信息求出导弹的需用过载的解析解，则无法得到导弹的总的需用过载。此外，在对WTA问题建模时，除了确定攻击收益的指标因素外，还需要充分考虑各种约束条件。现有的很多WTA的数学模型并没有将作战过程中的导弹目标的数量约束考虑在内，这样就容易存在多个导弹攻打一个目标的情况。郭栋提出了一种具有固定和自适应分组约束的多对多武器目标分配策略，实现了对分配数量的约束，但该方法又忽略了目标价值的约束，容易出现导弹优先攻击了价值更低的目标，从而降低了作战效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种多目标拦截的导弹分配方法及系统，能够同时考虑导弹数量的分配和拦截目标的价值，具有能够提高作战效果的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多目标拦截的导弹分配方法，包括：

获取分配给待拦截目标的导弹个数、导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数；

根据所述导弹的飞行参数和所述待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载；

根据所述法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗；

根据所述分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值；

根据所述导弹对目标的拦截消耗和所述待拦截目标的价值建立武器目标分配模型；

根据所述武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果。

可选的，所述根据所述导弹的飞行参数和所述待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载，具体包括：

根据如下公式计算导弹拦截目标所需的法向过载：

式中，J_n为导弹拦截目标所需的法向过载，k为导引常数，V_M为导弹速度，

为视线角转率，T为导弹的飞行总时间，t为导弹的当前飞行时间，Δ为待拦截目标与导弹的速度比。

可选的，所述根据所述法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗，具体包括：

根据如下公式计算拦截消耗：

式中，P(ij)为第i枚导弹对第j个待拦截目标的拦截消耗，J_n(ij)为第i枚导弹拦截第j个目标所需的法向过载，n_max(i)为第i枚导弹的最大法向过载，t_s(i)为第i枚导弹的最长飞行时间。

可选的，所述根据所述分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值，具体包括：

根据如下公式计算待拦截目标的价值：

式中，V_j为第j个待拦截目标的价值；V_j0为第j个目标的初始价值；β_j为第j个待拦截目标被分配的导弹个数；M为导弹总数；α为价值的衰减因子，所述衰减因子表示待拦截目标被导弹攻击后价值的衰减程度；x_ij为分配矩阵X中的元素，所述分配矩阵的行表示导弹编号，列表示待拦截目标编号，x_ij取值为1时表示第i枚导弹分配给第j个目标，x_ij取值为0时表示第i枚导弹未分配给第j个目标。

可选的，所述根据所述导弹对目标的拦截消耗和所述待拦截目标的价值建立武器目标分配模型，具体包括：

根据如下公式建立武器目标分配模型：

式中，y表示武器目标分配函数，P(ij)为第i枚导弹对第j个待拦截目标的拦截消耗，N为待拦截目标总数；

所述根据所述武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果，具体包括：

对所述武器目标分配模型采用遗传算法计算待拦截目标的导弹分配结果。

本发明还提供一种多目标拦截的导弹分配系统，包括：

参数获取模块，用于获取分配给待拦截目标的导弹个数、导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数；

法向过载计算模块，用于根据所述导弹的飞行参数和所述待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载；

拦截消耗计算模块，用于根据所述法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗；

待拦截目标的价值计算模块，用于根据所述分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值；

武器目标分配模型建立模块，用于根据所述导弹对目标的拦截消耗和所述待拦截目标的价值建立武器目标分配模型；

待拦截目标的导弹分配结果输出模块，用于根据所述武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果。

可选的，所述法向过载计算模块，具体包括：

法向过载计算单元，用于根据如下公式计算导弹拦截目标所需的法向过载：

可选的，所述拦截消耗计算模块，具体包括：

拦截消耗单元，用于根据如下公式计算拦截消耗：

可选的，所述待拦截目标的价值计算模块，具体包括：

待拦截目标的价值计算单元，用于根据如下公式计算待拦截目标的价值：

可选的，所述武器目标分配模型建立模块，具体包括：

武器目标分配模型建立单元，用于根据如下公式建立武器目标分配模型：

所述待拦截目标的导弹分配结果输出模块，具体包括：

待拦截目标的导弹分配结果输出单元，用于对所述武器目标分配模型采用遗传算法计算待拦截目标的导弹分配结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种多目标拦截的导弹分配方法及系统，通过获取分配给待拦截目标的导弹个数、导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数，根据导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载；根据法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗；根据分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值；根据导弹对目标的拦截消耗和待拦截目标的价值建立武器目标分配模型；根据武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果，能够同时考虑导弹数量的分配和拦截目标的价值，具有能够提高作战效果的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中多目标拦截的导弹分配方法流程图；

图2为本发明实施例中多目标拦截的导弹分配系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

图1为本发明实施例提供的一种多目标拦截的导弹分配方法流程图，如图1所示，一种多目标拦截的导弹分配方法，包括：

步骤101：获取分配给待拦截目标的导弹个数、导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数。

步骤102：根据导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载。

根据如下公式计算导弹拦截目标所需的法向过载：

步骤103：根据法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗。

根据如下公式计算拦截消耗：

步骤104：根据分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值。

根据如下公式计算待拦截目标的价值：

式中，V_j为第j个待拦截目标的价值；V_j0为第j个目标的初始价值；β_j为第j个待拦截目标被分配的导弹个数；M为导弹总数；α为价值的衰减因子，衰减因子表示待拦截目标被导弹攻击后价值的衰减程度；x_ij为分配矩阵X中的元素，分配矩阵的行表示导弹编号，列表示待拦截目标编号，x_ij取值为1时表示第i枚导弹分配给第j个目标，x_ij取值为0时表示第i枚导弹未分配给第j个目标。

步骤105：根据导弹对目标的拦截消耗和待拦截目标的价值建立武器目标分配模型。

根据如下公式建立武器目标分配模型：

式中，y表示武器目标分配函数，P(ij)为第i枚导弹对第j个待拦截目标的拦截消耗，N为待拦截目标总数。

武器目标分配模型能够自动满足如下3条，从而提高作战效益：

1)每个待攻击的目标至少都要被分配一枚导弹，且每个导弹只能攻击一个目标；

2)在拦截作战中，不同的目标具有不同的威胁等级，要优先攻击具有高价值的目标；

3)保证分配均匀，避免出现集中火力攻打一个目标的情况。

步骤106：根据武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果。

通过Matlab遗传工具箱求取使武器目标分配函数y最小的分配矩阵X^M×N，分配矩阵X^M×N中的元素为x_ij。

图2为本发明实施例提供的一种多目标拦截的导弹分配系统结构图，如图2所示，一种多目标拦截的导弹分配系统包括：

参数获取模块201，用于获取分配给待拦截目标的导弹个数、导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数。

法向过载计算模块202，用于根据导弹的飞行参数和待拦截目标的飞行参数计算导弹拦截目标所需的法向过载。

法向过载计算模块202，具体包括：

拦截消耗计算模块203，用于根据法向过载计算导弹对待拦截目标的拦截消耗。

拦截消耗计算模块203，具体包括：

拦截消耗单元，用于根据如下公式计算拦截消耗：

待拦截目标的价值计算模块204，用于根据分配给待拦截目标的导弹个数计算待拦截目标的价值。

待拦截目标的价值计算模块204，具体包括：

武器目标分配模型建立模块205，用于根据导弹对目标的拦截消耗和待拦截目标的价值建立武器目标分配模型。

武器目标分配模型建立模块205，具体包括：

待拦截目标的导弹分配结果输出模块206，用于根据武器目标分配模型计算待拦截目标的导弹分配结果。

待拦截目标的导弹分配结果输出模块206，具体包括：

待拦截目标的导弹分配结果输出单元，用于对武器目标分配模型采用遗传算法计算待拦截目标的导弹分配结果。通过Matlab遗传工具箱求取使武器目标分配函数y最小的分配矩阵X^M×N，分配矩阵X^M×N中的元素为x_ij。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。