CN112504016B - 一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：选择导弹飞行包络中的至少2个特征点；步骤2：根据目标的位置和速度，设置目标在空域中的空间分布；步骤3：以导弹飞行包络中的特征点为起始点，目标为终点，建立目标不可逃逸区，并建立导弹当前状态即特征点的初始状态与目标不可逃逸区的映射关系；步骤4：根据导弹当前状态和目标不可逃逸区映射关系获得目标不可逃逸区，建立目标逃逸代价模型，计算当前目标逃逸代价，预测导弹拦截能力。本发明根据导弹和目标的飞行状态信息，建立导弹攻击目标的不可逃逸区模型，有效预测目标逃逸代价，为导弹协同任务规划提供支撑。

Description

一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法

技术领域

本发明涉及飞行器协同任务规划技术领域，具体涉及一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法。

本发明的应用领域为战术武器的智能化，其特征是解决战术武器进行协同任务规划时，难以准确判断当前飞行状态能否有效命中目标的问题，能够为战术武器提供自主决策依据。

背景技术

随着未来作战模式体系化、网络化程度加深，导弹的作战空域不断扩大，有人机、无人机、导弹等高低价值目标混合，目标机动能力强，作战环境更加复杂。为了能够在高动态作战环境下实现多对多对抗需求，导弹需要进一步提高自主决策和任务规划能力，在满足任务需求的同时能够保证准确命中目标。一般任务规划方法主要通过考虑航程、任务时序、燃料消耗、目标价值等因素建立描述飞行器执行某一任务的代价模型，飞行器对任务目标的可达能力通过人为规定。实际多弹协同攻击目标时弹目相对运动快、飞行时间短，导弹攻击目标的能力无法通过人为规定，因此上述方法无法解决多弹协同攻击时目标的逃逸概率问题，需要采用更加精确的方法预测目标不可逃逸区，保证任务规划的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法，根据导弹和目标的飞行状态信息，建立导弹攻击目标的不可逃逸区模型，有效预测目标逃逸代价，为导弹协同任务规划提供支撑。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法，其特点是，包含以下步骤：

步骤1：选择导弹飞行包络中的至少2个特征点；

步骤2：根据目标的位置和速度，设置目标在空域中的空间分布；

步骤3：以导弹飞行包络中的特征点为起始点，目标为终点，建立目标不可逃逸区，并建立导弹当前状态即特征点的初始状态与目标不可逃逸区的映射关系；

步骤4：根据导弹当前状态和目标不可逃逸区映射关系获得目标不可逃逸区，建立目标逃逸代价模型，计算当前目标逃逸代价，预测导弹拦截能力。

优选地，所述的步骤1中，飞行包络内的特征点初始状态信息按照如下特征向量形式确定：

U_i＝[H_i,V_i,θ_i,ψ_vi,P_i]^T

式中，U_i表示飞行包络中第i个特征向量，H_i为导弹高度，H为高度下界，

为高度上界，V_i为导弹速度，V为速度下界，

为速度上界，θ_i为导弹弹道倾角，θ为弹道倾角下界，

为弹道倾角上界，ψ_vi为导弹弹道偏角，ψ _v为弹道偏角下界，

为弹道偏角上界，P_i为导弹推力，P为推力下界，

为推力上界，i为特征点序号。

优选地，所述的步骤2中目标空间分布的表示方式为：

U_mti＝[X_mti,Y_mti,Z_mti,V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi]^T

式中，U_mti表示目标空间分布，X_mti,Y_mti,Z_mti为目标相对导弹位置在惯性坐标系X、Y、Z方向的表示，V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi为目标相对导弹速度在惯性坐标系X、Y、Z方向的表示。

优选地，所述的步骤3中导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系建立方法为：

步骤31：选择导弹的每一个特征点，通过蒙特卡洛仿真在六自由度仿真模型中循环攻击设置好的空间分布目标；

步骤32：记录导弹每一个特征点的初始状态，当该特征点所攻击的目标脱靶量在设置的最大脱靶量范围内时，记录该目标相对导弹位置、相对导弹速度；

步骤33：对于每一个特征点，统计所记录的目标相对导弹位置的上下界，并以特征点初始状态、目标相对导弹速度为输入，通过如下插值函数形式建立导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系；

式中，f_Interp(U_i,V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi)为标准线性插值函数，

为目标相对导弹X方向的上下界，

为目标相对导弹Y方向的上下界，

为目标相对导弹Z方向的上下界。

优选地，所述的步骤4中目标逃逸代价模型为：

J＝ζ_x×ζ_y×ζ_z

式中，ζ_x,ζ_y,ζ_z分别表示目标在惯性坐标系下X、Y、Z三个方向的逃逸代价，J为目标逃逸总代价。

本发明一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法具有以下优点：采用以当前飞行状态进行插值的方式求解目标不可逃逸区能够避免复杂的算法计算，满足导弹高速飞行下快速在线任务规划需求；通过对目标逃逸代价的计算，能够扩展一般任务规划模型中对于导弹命中目标能力的描述，兼顾最优任务分配和有效命中目标。本方法通过建立导弹攻击目标不可逃逸区模型，解决了一般任务规划模型只考虑任务执行代价，难以适用于多弹协同任务规划的问题，能够为多弹协同任务规划的应用提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法的流程图；

图2为目标不可逃逸区建模示意图；

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法，包含以下步骤：

步骤1：选择导弹飞行包络中的至少2个特征点；

根据已知导弹飞行包络，按照高度、速度、弹道倾角、弹道偏角、推力变化区间选取导弹飞行空域中的N个特征点，并以导弹位置矢量、速度矢量的形式进行记录。

特征点初始状态信息按照如下特征向量确定：

U_i＝[H_i,V_i,θ_i,ψ_vi,P_i]^T

式中，U_i表示飞行包络中第i个特征向量，H_i为导弹高度，H为高度下界，

为高度上界，V_i为导弹速度，V为速度下界，

为速度上界，θ_i为导弹弹道倾角，θ为弹道倾角下界，

为弹道倾角上界，ψ_vi为导弹弹道偏角，ψ _v为弹道偏角下界，

为弹道偏角上界，P_i为导弹推力，P为推力下界，

为推力上界，i为特征点序号。

步骤2：根据目标的位置和速度，设置目标在空域中的空间分布；

根据实际目标的速度范围和飞行空域范围，以目标相对导弹位置矢量、目标相对导弹速度矢量的形式设置目标在空间的分布。目标空间分布的表示方式如下：

U_mti＝[X_mti,Y_mti,Z_mti,V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi]^T

式中，U_mti表示目标空间分布，X_mti,Y_mti,Z_mti为目标相对导弹位置在惯性坐标系X、Y、Z方向的表示，V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi为目标相对导弹速度在惯性坐标系X、Y、Z方向的表示。

步骤3：以导弹飞行包络中的特征点为起始点，目标为终点，建立目标不可逃逸区，并建立导弹当前状态即特征点的初始状态与目标不可逃逸区的映射关系；

以各特征点对应的高度、速度、弹道倾角、弹道偏角、推力和目标相对导弹速度为输入，以各特征点对应的可攻击目标相对位置的上下界为输出，以插值函数的方式建立导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系。

导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系建立方法为：

步骤31：选择导弹的每一个特征点，通过蒙特卡洛仿真在六自由度仿真模型中循环攻击设置好的空间分布目标；

步骤32：记录导弹每一个特征点的初始状态，当该特征点所攻击的目标脱靶量在设置的最大脱靶量范围内时，记录该目标相对导弹位置、相对导弹速度；

步骤33：对于每一个特征点，统计所记录的目标相对导弹位置的上下界，并以特征点初始状态、目标相对导弹速度为输入，通过如下插值函数形式建立导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系；

式中，f_Interp(U_i,V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi)为标准线性插值函数，

为目标相对导弹X方向的上下界，

为目标相对导弹Y方向的上下界，

为目标相对导弹Z方向的上下界。

步骤4：根据导弹当前状态和目标不可逃逸区映射关系获得目标不可逃逸区，建立目标逃逸代价模型，计算当前目标逃逸代价，预测导弹拦截能力。

根据导弹和目标当前状态插值计算目标不可逃逸区，结合目标当前位置计算目标逃逸代价。目标逃逸代价模型为：

J＝ζ_x×ζ_y×ζ_z

式中，ζ_x,ζ_y,ζ_z分别表示目标在惯性坐标系下X、Y、Z三个方向的逃逸代价，J为目标逃逸总代价。

基于上述详细步骤，即可完成目标不可逃逸区预测。

具体应用：假设导弹和目标在纵向平面内运动，导弹飞行包络上特征点为：U_i＝[H_i,V_i,0,0,0]^T，且H_i的取值范围为[4000,11500]，V_i的取值范围为[675,825]。目标相对导弹的空间分布为：U_mti＝[30000,Y_mti,Z_mti,-400,50,0]^T，且Y_mti＝H_i，Z_mti的取值范围为[-8000,8000]。

按照本发明中步骤1-3建立导弹攻击目标不可逃逸区映射关系，并将导弹攻击目标不可逃逸区用三维图表示，如图2所示，图中，三维曲面为特征点上的导弹对其左右两侧目标的最大攻击包络，Z向最大攻击范围为-5280m～5280m。通过设置表1所示的导弹初始状态和目标初始状态，以表中H_i，V_i，V_mti为输入插值得到不可逃逸区Z _mti，

并按照步骤4计算出目标逃逸代价J，如表1所示。

表1目标不可逃逸区预测结果

可以看出，本方法能够准确根据导弹和目标的飞行状态，预测目标不可逃逸区，并计算目标逃逸代价，为协同任务规划提供了支撑。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种适应协同任务规划的目标不可逃逸区可靠预测方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：选择导弹飞行包络中的至少2个特征点；

步骤2：根据目标的位置和速度，设置目标在空域中的空间分布；

步骤3：以导弹飞行包络中的特征点为起始点，目标为终点，建立目标不可逃逸区，并建立导弹当前状态即特征点的初始状态与目标不可逃逸区的映射关系；

步骤4：根据导弹当前状态和目标不可逃逸区映射关系获得目标不可逃逸区，建立目标逃逸代价模型，计算当前目标逃逸代价，预测导弹拦截能力；

所述的步骤3中导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系建立方法为：

步骤31：选择导弹的每一个特征点，通过蒙特卡洛仿真在六自由度仿真模型中循环攻击设置好的空间分布目标；

步骤32：记录导弹每一个特征点的初始状态，当该特征点所攻击的目标脱靶量在设置的最大脱靶量范围内时，记录该目标相对导弹位置、相对导弹速度；

步骤33：对于每一个特征点，统计所记录的目标相对导弹位置的上下界，并以特征点初始状态、目标相对导弹速度为输入，通过如下插值函数形式建立导弹当前状态与目标不可逃逸区的映射关系；

式中，f_Interp(U_i,V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi)为标准线性插值函数，

为目标相对导弹X方向的上下界，

为目标相对导弹Y方向的上下界，

为目标相对导弹Z方向的上下界；

所述的步骤4中目标逃逸代价模型为：

J＝ζ_x×ζ_y×ζ_z

式中，ζ_x,ζ_y,ζ_z分别表示目标在惯性坐标系下X、Y、Z三个方向的逃逸代价，J为目标逃逸总代价。

2.如权利要求1所述的目标不可逃逸区可靠预测方法，其特征在于，所述的步骤1中，飞行包络内的特征点的初始状态信息按照如下特征向量形式确定：

U_i＝[H_i,V_i,θ_i,ψ_vi,P_i]^T

式中，U_i表示飞行包络中第i个特征向量，H_i为导弹高度，H为高度下界，

为高度上界，V_i为导弹速度，V为速度下界，

为速度上界，θ_i为导弹弹道倾角，θ为弹道倾角下界，

为弹道倾角上界，ψ_vi为导弹弹道偏角，ψ _v为弹道偏角下界，

为弹道偏角上界，P_i为导弹推力，P为推力下界，

为推力上界，i为特征点序号。

3.如权利要求1所述的的目标不可逃逸区可靠预测方法，其特征在于，所述的步骤2中目标在空域中的空间分布的表示方式为：

U_mti＝[X_mti,Y_mti,Z_mti,V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi]^T

式中，U_mti表示目标空间分布，X_mti,Y_mti,Z_mti为目标相对导弹位置在惯性坐标系X、Y、Z方向的表示，V_mtxi,V_mtyi,V_mtzi为目标相对导弹速度在惯性坐标系X、Y、Z方向的表示。

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