CN112114520A - 多目标测控集中管控系统的自动运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行器试验靶场测控领域，提供一种多目标飞行器测控集中管控系统的自动运行方法。通过如下步骤实现，计算各测控站对每个目标飞行器的理论覆盖范围；计算每个测控站与每个目标飞行器的实时距离；目标飞行器优先级设定；使用距离目标飞行器最近的测控站为其提供测控链路保障；冗余测控站资源分配；测控站工作参数加载制定各目标飞行器测控链路报警准则。本方法无需人工干预，多目标测控集中管控系统可根据目标数量及空间位置自动规划各站测控实施策略，从而自动完成测控站与目标飞行器的匹配与切换。可在多站共视同一目标情况下，避免同时发射造成干扰，协调各站完成信号发送，从而实现测控系统运行在对飞行目标测控保障的最优策略。

Description

多目标测控集中管控系统的自动运行方法

技术领域

本发明属于飞行器试验靶场测控领域，具体涉及多目标飞行器测控集中管控系统的自动运行方法。

背景技术

飞行试验任务中，测控站为目标飞行器提供遥测遥控链路保障。受测控站覆盖范围和连续工作时间的限制，单个测控站难以满足飞行试验任务测控保障需求，需要在试验场区范围内布设多个测控站，这些测控站在集中管控系统统一调度下通过交替接力工作的方式完成对飞行器的测控支持。

现有的集中管控系统都是在人工操作下完成对各测控站的调度，当多个目标飞行器同时开展飞行试验任务时，操作人员无法分析出飞行器与测控站的最佳对应关系，难以实现测控系统运行在对飞行目标测控保障的最优策略。

发明内容

本发明的目的是解决现有的集中管控系统都是在人工操作完成对各测控站的调度，当多个目标飞行器同时开展飞行试验任务时，人工操作无法分析出飞行器与测控站的最佳对应关系，难以实现测控系统运行在对飞行目标测控保障的最优策略的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法采用的技术方案包括如下步骤：

定义参加试验的目标飞行器数目为M，保障试验任务的的测控站数目为N，多目标试验任务中M≥2，N≥2M；

步骤1：计算各测控站对每个目标飞行器的理论覆盖范围；

步骤101：获取各飞行器机载测控设备的遥测发射功率和遥控接收机灵敏度；

步骤102：获取各测控站的遥控发射功率和遥测接收机灵敏度；

步骤103：根据无线链路作用距离计算公式，计算各测控站与各目标飞行器之间遥测和遥控链路的理论最大传输距离RC_nm和RK_nm，分别表示第n个测控站与第m个目标飞行器遥测和遥控理论最大传输距离；

步骤104：第n个测控站与第m个目标飞行器的作用距离RL_nm＝min(RC_nm,RK_nm)。

步骤2：计算每个测控站与每个目标飞行器的实时距离；

步骤201：每次任务中每个测控站的位置固定不变，获取每个测控站的位置坐标P_n(X_n,Y_n,Z_n)，n＝1,2,...,N；

步骤202：测控设备集中管控系统接收指挥中心发送的每个目标飞行器的实时位置坐标D_m(X_m(t),Y_m(t),Z_m(t))，m＝1,2,...,M；

步骤203：按照下列公式实时计算各测控站在t时刻与各目标飞行器之间的距离：

R_nm(t)表示第n个测控站在t时刻与第m个目标飞行器之间的距离。

步骤3：目标飞行器优先级设定

步骤301：根据每个目标飞行器在任务中的重要程度，为每个目标飞行器设定任务权重分数F_m，m＝1,2,...,M，F_m∈(0,100]；；

步骤302：计算权重总分数

步骤303：计算第m个目标飞行器的权重ρ_m＝F_m/F_a；

步骤304：目标飞行器的ρ值越大的则其优先级越高；

步骤4：使用距离目标飞行器最近的测控站为其提供测控链路保障

步骤401：测控链路分配按照目标飞行器的权重ρ_m(m＝1,2,...,M)从高到底顺序进行；

步骤402：按照步骤2获取的飞行器到各测控站的实时距离，选取距离最近的测控站分配给该目标飞行器提供测控链路保障；

步骤403：从全部测控站中去掉步骤402中已经分配的测控站；

步骤404：重复步骤402和403，直到为所有飞行器非配完测控链路；

步骤5：冗余测控站资源分配

步骤501：汇总空闲测控站数量和编号；

步骤502：目标飞行器备份测控链路分配仍按照权重ρ_m(m＝1,2,...,M)从高到底顺序进行；

步骤503:按照步骤2获取飞行器到各冗余测控站的实时距离，选取距离最近的测控站分配给该目标飞行器提供备份测控链路保障；

步骤504：从全部冗余测控站中去掉步骤503中已经分配的测控站；

步骤505：重复步骤501-504直至将所有测控站资源分配完毕；

步骤506：每个目标飞行器测控链路优先级按照以分配次序靠前优先；

步骤6：测控站工作参数加载

步骤601：汇总所有目标飞行器测控工作参数；

步骤602：根据步骤4和步骤5中为每个飞行器分配的测控站编号，在步骤601的基础上，形成测控站工作参数加载列表；

步骤603：根据测控站工作参数加载列表，将各飞行器的测控工作参数加载到相应的测控站。

进一步的，还包括步骤7，制定各目标飞行器测控链路报警准则

步骤701：第m个目标飞行器在t时刻的各测控链路可靠度C_nm(t)的计算公式如下：

C_nm(t)＝R_nm(t)/RL_nm (1)

C_nm(t)越小表示该目标在t时刻第n个测控链路可靠度越高，C_nm(t)越大表示该目标在t时刻第n个测控链路可靠度越低；

步骤702：测控链路可靠度达到临近报警边界准则，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定第m飞行器测控链路可靠度指标β_m，通常β_m∈[0.5,1)；任务对测控可靠性要求越高、目标飞行器优先级越高，则β_m取值应该越小；

步骤703：若C_nm(t)＞β_m，则表示在t时刻第m飞行器的第n个测控链路达到临近报警边界；

步骤704：对达到临近报警边界的测控链路数累加，记为

表示在t时刻第m飞行器达到临近报警边界测控链路的总和；

步骤705：目标飞行器处于报警状态准则，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定第m飞行器报警状态指标δ_m，δ_m∈(0,1]；

步骤706：若

则第m飞行器处于报警状态；

步骤707：将处于报警状态的目标飞行器编号上报指挥中心，由指挥中心调整该目标飞行器的飞行航线，使其向靠近测控站的方向飞行。

进一步的，δ_m取值为(N-2)/N，报警灵敏度较好。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

1、利用本方法无需人工干预，多目标测控集中管控系统可根据目标数量及空间位置自动规划各站测控实施策略，从而自动完成测控站与目标飞行器的匹配与切换。

2、可在多站共视同一目标情况下，避免同时发射造成干扰，协调各站完成信号发送，从而实现测控系统运行在对飞行目标测控保障的最优策略，。

3、制定飞行器测控链路报警准则，可对空地通信链路进行实时评估与初步故障诊断，具备自动报警功能，提高了飞行器测控试验任务的可靠性。

附图说明

图1测控站与目标飞行器的匹配与切换流程示意图；

图2目标飞行器测控链路报警准则示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法，具体技术方案包括以下步骤：

定义参加试验的目标飞行器数目为M，保障试验任务的的测控站数目为N，多目标试验任务中M≥2。由于目标飞行器至少需要2个测控站进行测控保障，因此通常要求N≥2M。

步骤1：计算各测控站对每个目标飞行器的理论覆盖范围

步骤1可以根据试验需求自行计算，本发明中采用下列方法具体实现：

步骤101：获取各飞行器机载测控设备的遥测发射功率和遥控接收机灵敏度。

步骤102：获取各测控站的遥控发射功率和遥测接收机灵敏度。

步骤103：根据无线链路作用距离计算公式，计算各测控站与各目标飞行器之间遥测和遥控链路的理论最大传输距离RC_nm和RK_nm，分别表示第n个测控站与第m个目标飞行器遥测和遥控理论最大传输距离。

步骤104：第n个测控站与第m个目标飞行器的作用距离RL_nm＝min(RC_nm,RK_nm)。

步骤2：计算每个测控站与每个目标飞行器的实时距离

步骤2可以根据试验需求自行计算，本发明中采用下列方法具体实现：

步骤201：每次任务中每个测控站的位置固定不变，获取每个测控站的位置坐标P_n(X_n,Y_n,Z_n)，n＝1,2,...,N。

步骤202：测控设备集中管控系统接收指挥中心发送的每个目标飞行器的实时位置坐标D_m(X_m(t),Y_m(t),Z_m(t))，m＝1,2,...,M。

步骤203：按照下列公式实时计算各测控站在t时刻与各目标飞行器之间的距离：

R_nm(t)表示第n个测控站在t时刻与第m个目标飞行器之间的距离。

步骤3：目标飞行器优先级设定

由于多个目标飞行器同时参加飞行试验任务在其中承担的作用不同，有的目标飞行器作用大需要重点保障，因此需要明确目标飞行器的优先级，以便在后续测控资源分配过程中提供重点保障。

步骤301：根据每个目标飞行器在任务中的重要程度，为每个目标飞行器设定任务权重分数F_m，m＝1,2,...,M，F_m∈(0,100]。

步骤302：计算权重总分数

步骤303：第m个目标飞行器的权重ρ_m＝F_m/F_a。

步骤304：目标飞行器的ρ值越大的则其优先级越高。

步骤4：测控系统对飞行目标测控保障的最优策略下的测控链路分配，测控系统对飞行目标测控保障的最优策略可以描述为，使用距离目标飞行器最近的测控站为其提供测控链路保障，具体包括以下分步骤。

步骤401：测控链路分配按照目标飞行器的权重ρ_m(m＝1,2,...,M)从高到底的顺序进行。

步骤402：按照步骤2获取的飞行器到各测控站的实时距离，选取距离最近的测控站分配给该目标飞行器提供测控链路保障。

步骤403：从全部测控站中去掉步骤402中已经分配的测控站。

步骤404：重复步骤402和403，直到为所有飞行器非配完测控链路。

步骤5：冗余测控站资源分配，即目标飞行器备份测控链路分配。任务中测控站数量通常大于飞行器数量的2倍，因此通过步骤4测控链路分配后，仍有未分配的冗余测控站资源，通过步骤3和步骤4的完成，已经为每个目标飞行器分配了1个测控站进行测控保障，但为了提高测控保障的可靠性，通常至少需要2个测控站对1个目标飞行器进行测控保障，因此需要对还冗余配备的未分配的测控站资源进行继续分配。

具体分配包括以下分步骤。

步骤501：汇总空闲测控站数量和编号。

步骤502：目标飞行器备份测控链路分配仍按照权重ρ_m(m＝1,2,...,M)从高到底的顺序进行。

步骤503:按照步骤2获取飞行器到各冗余测控站的实时距离，选取距离最近的测控站分配给该目标飞行器提供备份测控链路保障。

步骤504：从全部冗余测控站中去掉步骤503中已经分配的测控站。

步骤505：重复步骤501、502、503、504直到将所有测控站资源分配完毕。

步骤506：每个目标飞行器测控链路优先级按照以分配次序靠前优先。

步骤6：测控站工作参数加载，集中管控系统可以完成各参试试验测控站工作参数的远程加载，具体操作包括以下分步骤。

步骤601：汇总所有目标飞行器测控工作参数。

步骤602：根据步骤4和步骤5中为每个飞行器分配的测控站编号，在步骤601的基础上，形成测控站工作参数加载列表。

步骤603：根据测控站工作参数加载列表，将各飞行器的测控工作参数加载到相应的测控站。

步骤7：制定各目标飞行器测控链路报警准则。

步骤1的理论覆盖范围用于步骤7的链路可靠度计算。这一步的作用是对当前各个目标飞行器的测控链路可靠度进行评估，并制定了链路报警准则，提高系统运行的可靠度，防止出现目标飞行器飞出飞出测控系统的覆盖范围。这一步属于更好的效果，没有这一步发明也可以实现，但可靠性会降低。

计算方法和准则制定包括以下分步骤。

步骤701：第m个目标飞行器在t时刻的各测控链路可靠度C_nm(t)的计算公式如下：

C_nm(t)＝R_nm(t)/RL_nm

C_nm(t)越小表示该目标在t时刻第n个测控链路可靠度越高，C_nm(t)越大表示该目标在t时刻第n个测控链路可靠度越低。

步骤702：测控链路可靠度达到临近报警边界准则，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定第m飞行器测控链路可靠度指标β_m，通常β_m∈[0.5,1)。任务对测控可靠性要求越高、目标飞行器优先级越高，则β_m取值应该越小。

步骤703：若C_nm(t)＞β_m，则表示在t时刻第m飞行器的第n个测控链路达到临近报警边界。

步骤704：对达到临近报警边界的测控链路数累加，记为

表示在t时刻第m飞行器达到临近报警边界测控链路的总和。

步骤705：目标飞行器处于报警状态准则，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定第m飞行器报警状态指标δ_m，δ_m∈(0,1]，δ_m取值越小也则越容易触发报警，取值越大则不易报警。δ_m的经验取值为(N-2)/N。

步骤706：若

则第m飞行器处于报警状态。

步骤707：将处于报警状态的目标飞行器编号上报指挥中心，指挥中心应当调整该目标飞行器的飞行航线，使其向靠近测控站的方向飞行。

实施例1

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合某次试验任务多目标测控集中管控系统运行实例进行详细说明。

条件：目标飞行器数目M＝2，测控站数目N＝5。第1～5测控站布站位置坐标依次P₁(1,0,0)、P₂(0,2,0)、P₃(-3,0,0)、P₄(0,-4,0)、P₅(0,0,0)。

步骤1：计算各测控站对每个目标飞行器的理论覆盖范围

通过获取各飞行器机载测控设备的遥测发射功率和遥控接收机灵敏度、各测控站的遥控发射功率和遥测接收机灵敏度，计算得到2个目标飞行器与5个测控站之间遥测和遥控链路的理论最大传输距离如下表所示。

表1目标飞行器与测控站之间遥测和遥控链路的理论最大传输距离统计表

从而给出2个目标飞行器与5个测控站的理论作用距离如下表所示。

表2目标飞行器与测控站理论作用距离

步骤2：计算每个测控站与每个目标飞行器的实时距离。

在t₀时刻，目标飞行器1实时坐标为D₁(1,0,1)，目标飞行器2实时坐标为D₂(0,2,1)，计算此时刻2个目标飞行器分别到5个测控站的距离，计算结果如下表所示。

表3 t₀时刻目标飞行器与测控站距离

步骤3：目标飞行器优先级设定

根据2个目标飞行器在任务中的重要程度，设定目标飞行器1任务权重分数F₁＝80，目标飞行器2任务权重分数F₂＝100。

计算得出目标飞行器1权重ρ₁＝80/180＝0.44，目标飞行器2权重ρ₂＝100/180＝0.56。

优先级从高到低为：目标飞行器2、目标飞行器1。

步骤4：测控链路分配

根据目标飞行器优先级顺序和表3计算结果，将测控站2分配给目标飞行器2，将测控站1分配给目标飞行器1

步骤5：冗余测控站资源分配

除去已经分配的测控站1和测控站2，还有测控站3～5未分配，再次从优先级高的目标飞行器2开始，将将测控站5分配给目标飞行器2，然后将将测控站3分配给目标飞行器1。

再次除去已经分配的测控站5和测控站3，还有测控站4未分配，将测控站4分配给优先级高的目标飞行器2。

步骤6：测控站工作参数加载

汇总2个目标飞行器的工作参数后，分别形成工作参数1和工作参数2，形成的工作参数加载列表如下。

表4工作参数加载列表

按照上表，将2个飞行器的测控工作参数分别加载到分配的测控站。

步骤7：各目标飞行器测控链路报警计算

参照图2的流程，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定目标飞行器1测控链路可靠度指标β₁＝0.8，制定目标飞行器2测控链路可靠度指标β₂＝0.7。

在测控站数目N＝5的情况下，飞行器报警状态指标取δ₁＝δ₂＝(5-2)/5＝0.6。

计算2个目标飞行器在t₀时刻的各测控链路可靠度，结果如下表。

表5 t₀时刻目标飞行器测控链路可靠度

目标飞行器1测控链路可靠度指标β₁＝0.8，第3、4共2个测控链路达到临近报警边界，

目标飞行器2测控链路可靠度指标β₂＝0.7，第1、3、4共3个测控链路达到临近报警边界，

由于

目标飞行器1未处于报警状态。

由于

目标飞行器2未处于报警状态。

将目标飞行器2处于报警状态上报指挥中心，调整其飞行航线。

Claims (5)

1.一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

定义参加试验的目标飞行器数目为M，保障试验任务的的测控站数目为N，多目标试验任务中M≥2，N≥2M；

步骤1：计算各测控站对每个目标飞行器的理论覆盖范围；

步骤2：计算每个测控站与每个目标飞行器的实时距离；

步骤3：目标飞行器优先级设定

步骤301：根据每个目标飞行器在任务中的重要程度，为每个目标飞行器设定任务权重分数F_m，m＝1,2,...,M，F_m∈(0,100]；；

步骤302：计算权重总分数

步骤303：计算第m个目标飞行器的权重ρ_m＝F_m/F_a；

步骤304：目标飞行器的ρ值越大的则其优先级越高；

步骤4：使用距离目标飞行器最近的测控站为其提供测控链路保障

步骤401：测控链路分配按照目标飞行器的权重ρ_m(m＝1,2,...,M)从高到底顺序进行；

步骤402：按照步骤2获取的飞行器到各测控站的实时距离，选取距离最近的测控站分配给该目标飞行器提供测控链路保障；

步骤403：从全部测控站中去掉步骤402中已经分配的测控站；

步骤404：重复步骤402和403，直到为所有飞行器非配完测控链路；

步骤5：冗余测控站资源分配

步骤501：汇总空闲测控站数量和编号；

步骤502：目标飞行器备份测控链路分配仍按照权重ρ_m(m＝1,2,...,M)从高到底顺序进行；

步骤503:按照步骤2获取飞行器到各冗余测控站的实时距离，选取距离最近的测控站分配给该目标飞行器提供备份测控链路保障；

步骤504：从全部冗余测控站中去掉步骤503中已经分配的测控站；

步骤505：重复步骤501-504直至将所有测控站资源分配完毕；

步骤506：每个目标飞行器测控链路优先级按照以分配次序靠前优先；

步骤6：测控站工作参数加载

步骤601：汇总所有目标飞行器测控工作参数；

步骤602：根据步骤4和步骤5中为每个飞行器分配的测控站编号，在步骤601的基础上，形成测控站工作参数加载列表；

步骤603：根据测控站工作参数加载列表，将各飞行器的测控工作参数加载到相应的测控站。

2.一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法，其特征在于，所述的自动运行方法还包括步骤7，制定各目标飞行器测控链路报警准则，具体实现过程如下：

步骤701：第m个目标飞行器在t时刻的各测控链路可靠度C_nm(t)的计算公式如下：

C_nm(t)＝R_nm(t)/RL_nm (1)

C_nm(t)越小表示该目标在t时刻第n个测控链路可靠度越高，C_nm(t)越大表示该目标在t时刻第n个测控链路可靠度越低；

步骤702：测控链路可靠度达到临近报警边界准则，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定第m飞行器测控链路可靠度指标β_m，通常β_m∈[0.5,1)；任务对测控可靠性要求越高、目标飞行器优先级越高，则β_m取值应该越小；

步骤703：若C_nm(t)＞β_m，则表示在t时刻第m飞行器的第n个测控链路达到临近报警边界；

步骤704：对达到临近报警边界的测控链路数累加，记为

表示在t时刻第m飞行器达到临近报警边界测控链路的总和；

步骤705：目标飞行器处于报警状态准则，根据任务实际要求和目标飞行器重要程度，制定第m飞行器报警状态指标δ_m，δ_m∈(0,1]；

步骤706：若

则第m飞行器处于报警状态；

步骤707：将处于报警状态的目标飞行器编号上报指挥中心，由指挥中心调整该目标飞行器的飞行航线，使其向靠近测控站的方向飞行。

3.根据如权利要求2所述的一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法，其特征在于，所述步骤705中，δ_m取值为(N-2)/N，报警灵敏度较好。

4.根据如权利要求1-3任一权利要求所述的一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法，其特征在于，所述步骤1可以通过如下步骤实现：

步骤101：获取各飞行器机载测控设备的遥测发射功率和遥控接收机灵敏度；

步骤102：获取各测控站的遥控发射功率和遥测接收机灵敏度；

步骤103：根据无线链路作用距离计算公式，计算各测控站与各目标飞行器之间遥测和遥控链路的理论最大传输距离RC_nm和RK_nm，分别表示第n个测控站与第m个目标飞行器遥测和遥控理论最大传输距离；

步骤104：第n个测控站与第m个目标飞行器的作用距离RL_nm＝min(RC_nm,RK_nm)。

5.根据如权利要求1-3任一权利要求所述的一种多目标测控集中管控系统的自动运行方法，其特征在于，所述步骤2可以通过如下步骤实现：

步骤201：每次任务中每个测控站的位置固定不变，获取每个测控站的位置坐标P_n(X_n,Y_n,Z_n)，n＝1,2,...,N；

步骤202：测控设备集中管控系统接收指挥中心发送的每个目标飞行器的实时位置坐标D_m(X_m(t),Y_m(t),Z_m(t))，m＝1,2,...,M；

步骤203：按照下列公式实时计算各测控站在t时刻与各目标飞行器之间的距离：

R_nm(t)表示第n个测控站在t时刻与第m个目标飞行器之间的距离。

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