CN111086616A - 一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法 - Google Patents

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刘桢
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刘红海
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Abstract

本发明公开了一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法，能够通过各个目标行为意图的预测，加权计算出各个目标相对于无人艇的威胁等级，之后通过威胁等级的自主排序，锁定威胁等级最高的目标，提高无人艇快速作战的效果。无人艇执行任务的过程中，通过导航雷达进行目标扫描；对于导航雷达扫描到的每个目标，通过构建目标速度威胁隶属函数、目标距离威胁隶属函数、目标航路捷径威胁隶属函数以及目标舷角威胁隶属函数，分别计算获得目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度并进行加权平均获得目标威胁度。将所有目标按照目标威胁度进行排序，无人艇按照排序顺序对目标进行锁定攻击。

Description

一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法
技术领域
本发明涉及无人艇自主火控技术领域，具体涉及一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法。
背景技术
在无人艇执行任务的过程中，需要执行自主火控。自主火控的使命任务是警戒探测、搜索和监视空海目标；警告、威慑敌方海上海下目标及有生力量，必要时可对其进行打击。自主火控集目标态势显示、目标威胁判断、火控解算、武器控制、火力打击、光电跟踪仪操控显示、导航数据处理，以及各种信息的处理、显示、遥控指挥于一体。
自主火控的基本工作原理是接收光电跟踪仪的目标数据(距离、舷角、高低角)，经过剔点、平滑滤波得到目标的运动特性(目标现在点的位置、速度、航向)，从惯组设备接收我艇姿态信息(我艇航向、横摇角、纵摇角)，从计程仪接收我艇航速，然后根据目标运动特性，推算出目标未来点坐标，根据解相遇原理计算出稳定射击诸元，经过摇摆变换，计算出不稳定射击诸元，发送给艇载武器，驱动武器对目标进行锁定攻击。
无人艇执行任务过程中导航雷达扫描到的目标复杂多样，这就更加要求舰艇指火控作战指挥决策及行动自动化，以减少指挥员和操作人员所带来的时间延误。
因此，有必要针对舰艇导航雷达探测到的目标的特性和对指挥决策的要求，研究针对不同目标作战中威胁判断问题，更好、更准确地判断大批采样目标对舰艇构成的实际威胁，提高舰艇快速作战的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法，能够通过各个目标行为意图的预测，加权计算出各个目标相对于无人艇的威胁等级，之后通过威胁等级的自主排序，锁定威胁等级最高的目标，提高无人艇快速作战的效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法，包括如下步骤：
无人艇执行任务的过程中，通过导航雷达进行目标扫描；对于导航雷达扫描到的每个目标，执行S1～S4得到每个目标的目标威胁度；将导航雷达扫描到的所有目标按照目标威胁度进行排序，无人艇按照排序顺序对目标进行锁定攻击。
S1、获取目标运动信息，目标运动信息包括：目标距离、目标速度、目标航向以及目标方位；同时通过惯组设备获取无人艇运动信息，无人艇运动信息包括：无人艇航向以及无人艇航速。
S2、根据目标运动信息以及无人艇运动信息，计算目标运动意图，包括目标航路捷径以及目标舷角。
S3、构建目标速度威胁隶属函数、目标距离威胁隶属函数、目标航路捷径威胁隶属函数以及目标舷角威胁隶属函数，分别计算获得目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度。
S4、将S3中得到的目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度进行加权平均获得目标威胁度。
进一步地，目标速度威胁隶属函数为：u(v)＝1-exp(a1v)；
v为目标速度；a1为设定的速度威胁系数，a1＝-0.005。
进一步地，目标距离威胁隶属函数为：
Figure RE-GDA0002419514580000031
r为目标距离；D1为目标距离下界，D1＝30km；D2为目标距离上界，D2＝300km； k1为设定的距离威胁系数，k1＝5×10-3。
进一步地，目标航路捷径威胁隶属函数为u(p)＝exp(-k2(p-a2)2)；
p为目标航路捷径；k2为设定的航路捷径威胁系数，k＝5×10-3；a2为设定的航路捷径威胁参数，a2＝0。
进一步地，目标舷角威胁隶属函数为：
Figure RE-GDA0002419514580000032
q为目标舷角。
进一步地，将S3中得到的目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度进行加权平均获得目标威胁度，具体为：
目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度的权值分别为w1、w2、w3和w4，其中w1+w2+w3+w4＝1；
设定4个威胁因素分别目标速度、目标距离、目标航路捷径以及目标舷角，依据经验设定每个威胁因素的高威胁范围；以处于高威胁范围内威胁因素为高威胁因素，其他属于低威胁因素；设定高威胁因素威胁隶属度的权值高于地威胁因素威胁隶属度的权值。
进一步地，依据经验设定每个威胁因素的高威胁范围，具体为：设定目标速度的高威胁范围为大于设定的速度阈值；设定目标距离的高威胁范围为小于设定的距离阈值；设定目标航路捷径的高威胁范围为小于设定的航路捷径阈值；设定目标舷角的高威胁范围为小于设定的舷角阈值；其中设定的速度阈值，设定的距离阈值、设定的航路捷径阈值以及设定的舷角阈值均依据经验进行设定。
有益效果：
本发明提供的一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法，通过目标距离、目标速度、目标航向、目标方位、无人艇航向、无人艇航速，计算推测出目标相对于无人艇的行为意图，是远离、靠近还是维持不变，通过各个目标行为意图的预测，加权计算出各个目标相对于无人艇的威胁等级，之后通过威胁等级的自主排序，锁定威胁等级最高的目标，从而进一步地提高无人艇快速作战的效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法，具体流程如图1所示，包括如下步骤：
无人艇执行任务的过程中，通过导航雷达进行目标扫描；对于导航雷达扫描到的每个目标，执行S1～S4得到每个目标的目标威胁度；将导航雷达扫描到的所有目标按照目标威胁度进行排序，无人艇按照排序顺序对目标进行锁定攻击；
S1、获取目标运动信息，目标运动信息包括：目标距离、目标速度、目标航向以及目标方位；同时通过惯组设备获取无人艇运动信息，无人艇运动信息包括：无人艇航向以及无人艇航速。
S2、根据目标运动信息以及无人艇运动信息，计算目标运动意图，包括目标航路捷径以及目标舷角。
S3、构建目标速度威胁隶属函数、目标距离威胁隶属函数、目标航路捷径威胁隶属函数以及目标舷角威胁隶属函数，分别计算获得目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度；
S4、将S3中得到的目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度进行加权平均获得目标威胁度。
本发明实施例中，所构建的目标速度威胁隶属函数为：u(v)＝1-exp(a1v)；
v为目标速度；a1为设定的速度威胁系数，a1＝-0.005。
本发明实施例中，所构建的目标距离威胁隶属函数为：
Figure RE-GDA0002419514580000051
r为目标距离；D1为目标距离下界，D1＝30km；D2为目标距离上界，D2＝300km； k1为设定的距离威胁系数，k1＝5×10-3。
本发明实施例中，所构建的目标航路捷径威胁隶属函数为：
u(p)＝exp(-k2(p-a2)2)；
p为目标航路捷径；k2为设定的航路捷径威胁系数，k＝5×10-3；a2为设定的航路捷径威胁参数，a2＝0。
本发明实施例中，所构建的目标舷角威胁隶属函数为：
Figure RE-GDA0002419514580000052
q为目标舷角。
本发明实施例中，设定目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度的权值分别为w1、w2、w3和w4，其中w1+w2+w3+w4＝1。
设定4个威胁因素分别目标速度、目标距离、目标航路捷径以及目标舷角，依据经验设定每个威胁因素的高威胁范围。
以处于高威胁范围内威胁因素为高威胁因素，其他属于低威胁因素。
设定高威胁因素威胁隶属度的权值高于地威胁因素威胁隶属度的权值。
高威胁范围即目标速度较大，超出一个设定的速度阈值时，其对无人艇威胁更大，因此对目标速度设定一个较高的威胁隶属度的权值；对于目标距离，当其较小，小于一个设定的距离阈值时，该目标对无人艇威胁更大，因此对目标距离设定一个较高的威胁隶属度的权值；目标航路捷径和目标舷角同理。
因此依据经验设定每个威胁因素的高威胁范围，具体为：设定目标速度的高威胁范围为大于设定的速度阈值；设定目标距离的高威胁范围为小于设定的距离阈值；设定目标航路捷径的高威胁范围为小于设定的航路捷径阈值；设定目标舷角的高威胁范围为小于设定的舷角阈值；其中设定的速度阈值，设定的距离阈值、设定的航路捷径阈值以及设定的舷角阈值均依据经验进行设定。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于目标行为意图进行威胁等级判断的自主火控方法，其特征在于，包括如下步骤：
无人艇执行任务的过程中，通过导航雷达进行目标扫描；对于导航雷达扫描到的每个目标，执行S1～S4得到每个目标的目标威胁度；将导航雷达扫描到的所有目标按照目标威胁度进行排序，无人艇按照排序顺序对目标进行锁定攻击；
S1、获取目标运动信息，所述目标运动信息包括：目标距离、目标速度、目标航向以及目标方位；同时通过惯组设备获取无人艇运动信息，所述无人艇运动信息包括：无人艇航向以及无人艇航速；
S2、根据所述目标运动信息以及无人艇运动信息，计算目标运动意图，包括目标航路捷径以及目标舷角；
S3、构建目标速度威胁隶属函数、目标距离威胁隶属函数、目标航路捷径威胁隶属函数以及目标舷角威胁隶属函数，分别计算获得目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度；
S4、将S3中得到的目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度进行加权平均获得目标威胁度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标速度威胁隶属函数为：u(v)＝1-exp(a1v)；
v为目标速度；a1为设定的速度威胁系数，a1＝-0.005。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标距离威胁隶属函数为：
Figure RE-FDA0002419514570000011
r为目标距离；D1为目标距离下界，D1＝30km；D2为目标距离上界，D2＝300km；k1为设定的距离威胁系数，k1＝5×10-3。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标航路捷径威胁隶属函数为u(p)＝exp(-k2(p-a2)2)；
p为目标航路捷径；k2为设定的航路捷径威胁系数，k＝5×10-3；a2为设定的航路捷径威胁参数，a2＝0。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标舷角威胁隶属函数为：
Figure RE-FDA0002419514570000021
q为目标舷角。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将S3中得到的目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度进行加权平均获得目标威胁度，具体为：
目标速度威胁隶属度、目标距离威胁隶属度、目标航路捷径威胁隶属度以及目标舷角威胁隶属度的权值分别为w1、w2、w3和w4，其中w1+w2+w3+w4＝1；
设定4个威胁因素分别目标速度、目标距离、目标航路捷径以及目标舷角，依据经验设定每个威胁因素的高威胁范围；
以处于高威胁范围内威胁因素为高威胁因素，其他属于低威胁因素；
设定高威胁因素威胁隶属度的权值高于地威胁因素威胁隶属度的权值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述依据经验设定每个威胁因素的高威胁范围，具体为：
设定目标速度的高威胁范围为大于设定的速度阈值；
设定目标距离的高威胁范围为小于设定的距离阈值；
设定目标航路捷径的高威胁范围为小于设定的航路捷径阈值；
设定目标舷角的高威胁范围为小于设定的舷角阈值；
其中设定的速度阈值，设定的距离阈值、设定的航路捷径阈值以及设定的舷角阈值均依据经验进行设定。
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