CN113221389A - 一种飞行器发射时间筹划方法及系统 - Google Patents

一种飞行器发射时间筹划方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞行器发射时间筹划方法及系统。该方法包括：基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型；基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。本发明提高了计算结果的稳定性，对于给定飞行器发射时间筹划方案，它是满足发射要求的可行方案，不需要另行检验，节约了时间；且本发明中在可行飞行器发射方案中搜索完成目标函数值最小的方案，缩小了搜索空间，计算速度成倍增加。

Description

一种飞行器发射时间筹划方法及系统
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，特别是涉及一种飞行器发射时间筹划方法及系统。
背景技术
实施飞行器发射任务过程中，给定多枚飞行器的信息后，为了避免飞行器在飞行过程中发生航迹互扰现象，需要快速计算各枚飞行器发射的时间，使得完成发射任务所需时间最短。这种飞行器发射时间筹划问题是一种组合优化问题。随着发射任务中飞行器数量的增加，问题求解难度逐步加大。
飞行器数量较少时，可以人工计算飞行器发射时间。为了解决飞行器数量增加耗费计算时间较长的局面，尤其是紧急情况下短时间内难以得到满意结果，造成严重后果，迫切需要飞行器发射时间筹划的快速计算方法。目前采用智能优化方法，计算结果的可行性需要检验，占用一定时间。为了获取较好结果，有些问题的计算时间长达数小时，迫切需要一种快速可靠的飞行器发射时间筹划方法。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种飞行器发射时间筹划方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种飞行器发射时间筹划方法，包括：
基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型；
基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。
进一步地，所述飞行器发射时间筹划模型如下：
Figure BDA0003120028670000021
s.t.
tli-tri≥tsi
tli≤tei
tlj≥tli+tij
其中，m为飞行器数量，tli为第i个飞行器的发射时间，tlj为第j个飞行器的发射时间，tri为第i个飞行器的发射准备时间，tij为第i个飞行器和第j个飞行器的发射时间间隔，tsi为第i个飞行器的任务开始时间，tei为第i个飞行器的任务结束时间。
进一步地，所述基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间，具体包括：
设置各飞行器的发射时间；各飞行器的发射时间满足所述飞行器发射时间筹划模型的约束条件；
基于各飞行器的发射时间计算所述飞行器发射时间筹划模型的目标函数值；
选择所述目标函数值最小时对应的各飞行器的发射时间为最优的发射时间，完成各飞行器的发射时间筹划。
本发明还提供了一种飞行器发射时间筹划系统，包括：
模型构建模块，用于基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型
发射时间筹划模型，用于基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。
进一步地，所述飞行器发射时间筹划模型如下：
Figure BDA0003120028670000031
s.t.
tli-tri≥tsi
tli≤tei
tlj≥tli+tij
其中，m为飞行器数量，tli为第i个飞行器的发射时间，tlj为第j个飞行器的发射时间，tri为第i个飞行器的发射准备时间，tij为第i个飞行器和第j个飞行器的发射时间间隔，tsi为第i个飞行器的任务开始时间，tei为第i个飞行器的任务结束时间。
进一步地，所述发射时间筹划模块具体包括：
发射时间设置单元，用于设置各飞行器的发射时间；各飞行器的发射时间满足所述飞行器发射时间筹划模型的约束条件；
计算单元，用于基于各飞行器的发射时间计算所述飞行器发射时间筹划模型的目标函数值；
选择单元，用于选择所述目标函数值最小时对应的各飞行器的发射时间为最优的发射时间，完成各飞行器的发射时间筹划。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明提高了计算结果的稳定性。对于给定飞行器发射时间筹划方案，它是满足发射要求的可行方案，不需要另行检验，节约了时间；
(2)本发明实现了飞行器发射时间筹划问题的快速计算。本发明中在可行飞行器发射方案中搜索完成目标函数值最小的方案，缩小了搜索空间，计算速度成倍增加。
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为本发明实施例飞行器发射时间筹划方法的流程图。
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。
如图1所示，本发明公开的一种飞行器发射时间筹划方法包括以下步骤：
步骤101：基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型。
输入飞行器数量及发射时间间隔信息：发射飞行器数量m，第i枚飞行器的发射时间窗口为[tsi,tei]，tsi为第i个飞行器的任务开始时间，tei为第i个飞行器的任务结束时间。发射准备时间为tri，发射时间为tli，飞行器i、飞行器j避免航迹交叉的发射时间间隔(以下简称时间间隔)为tij。
飞行器发射时间筹划模型如下：
Figure BDA0003120028670000041
s.t.
tli-tri≥tsi
tli≤tei
tlj≥tli+tij
步骤102：基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。具体包括：设置各飞行器的发射时间；各飞行器的发射时间满足所述飞行器发射时间筹划模型的约束条件；基于各飞行器的发射时间计算所述飞行器发射时间筹划模型的目标函数值；选择所述目标函数值最小时对应的各飞行器的发射时间为最优的发射时间，完成各飞行器的发射时间筹划。
(1)飞行器发射时间筹划优化模型的目标函数值计算方法；
1.1：输入发射飞行器数量m，各枚飞行器发射时间窗口[tsi,tei](i＝1,…,m)，发射准备时间tri；
1.2：输入飞行器避免航迹交叉的时间间隔tij；
1.3：输入满足模型中约束条件的飞行器发射时间tli,i＝1,2,...,m；
1.4：计算飞行器发射时间平均值：
Figure BDA0003120028670000051
1.5：计算飞行器发射时间筹划模型的目标函数值：
Figure BDA0003120028670000052
(2)飞行器发射时间筹划模型求解方法；
2.1：输入初始解xinit；
2.2：若xinit为不满足飞行器发射时间筹划模型约束条件，返回步骤2.1；
2.3：按照步骤(1)计算发射器时间筹划模型的目标函数值zinit，保存当前最优目标函数值za←zinit，保存当前最优解xa←xinit
2.4：在xa的邻域内寻找可行解xN，并按照步骤(1)计算xN对应发射器时间筹划模型的目标函数值zN；
2.5：如果zN＜za，则za←zN,xa←xN；
2.6：重复步骤2.4-步骤2.5，直到不能改进目标函数值为止；
2.7：重复步骤2.1-步骤2.6多次，选择最优解作为飞行器发射时间筹划方案。
具体实施例：
在10个阵地发射10枚飞行器，各阵地发射飞行器时间间隔如表1所示，各飞行器发射时间窗口、飞行器发射准备时间如表2所示。确定飞行器发射时刻，使得尽可能实现齐射。
表1不同飞行器发射时间间隔(单位：秒)
Figure BDA0003120028670000053
Figure BDA0003120028670000061
表2飞行器发射时间窗口与准备时间(单位：秒)
Figure BDA0003120028670000062
根据表1-表2给定飞行器信息，建立飞行器发射时间筹划问题的数学模型。
步骤1：建立飞行器发射时间筹划的优化模型；
步骤1.1：输入飞行器数量及发射时间间隔信息：发射飞行器数量为m＝10，第i枚飞行器选择的发射时间窗口为[tsi,tei]，发射准备时间为tri，发射时间为tli，飞行器i、飞行器j避免航迹交叉的时间间隔(以下简称时间间隔)为tij。
步骤1.2：飞行器发射时间筹划模型；
飞行器发射时间筹划模型为
Figure BDA0003120028670000071
步骤2：飞行器发射时间筹划优化模型的目标函数值计算方法；
步骤2.1：输入发射飞行器数量m，各枚飞行器发射时间窗口[tsi,tei](i＝1,…,m)，发射准备时间tri；
步骤2.2：输入飞行器避免航迹交叉的时间间隔tij；
步骤2.3：输入满足模型中约束条件的飞行器发射时间tli,i＝1,2,...,m；
步骤2.4：计算飞行器发射时间平均值：
Figure BDA0003120028670000072
步骤:2.5：计算飞行器发射时间筹划模型的目标函数值：
Figure BDA0003120028670000073
步骤3：飞行器发射时间筹划模型求解方法；
步骤3.1：任意给定初始解xinit；
步骤3.2：若xinit不满足飞行器发射时间筹划模型的约束条件，返回步骤3.1；
步骤3.3：按照步骤2计算发射器时间筹划模型的目标函数值zinit，保存当前最优目标函数值za←zinit，保存当前最优解xa←xinit
步骤3.4：在xa的邻域内寻找可行解xN，并按照步骤2计算xN对应发射器时间筹划模型的目标函数值zN；
步骤3.5：如果zN＜za，则za←zN,xa←xN；
步骤3.6：重复步骤3.4-步骤3.5，直到不能改进目标函数值为止；
步骤7重复步骤3.1-步骤3.6多次，选择最优解作为飞行器发射时间筹划方案。
采用步骤3求解，得到发射顺序及发射时间如表3所示。
表3飞行器发射顺序、开始发射准备时间与飞行器发射时间
序号 飞行器编号 开始准备时间(s) 发射时间(s)
1 8 50 60
2 5 40 70
3 1 62 82
4 7 68 98
5 4 80 110
6 10 115 125
7 3 119 139
8 2 141 161
9 6 143 173
10 9 178 188
从表3可以看出：飞行器发射时间集中在60秒到188秒时间段内，历时2分8秒，说明飞行器发射密集程度很高。从发射准备开始到10枚飞行器发射完毕，飞行器作战任务完成历时138秒，发射任务完成时间紧凑。
实例研究表明：本发明为解决多枚飞行器发射时间筹划问题提供了一种切实可行的方法，计算100枚飞行器发射时间筹划问题所需时间不超过5分钟，计算比现行方法快10倍左右，时间筹划方案不需要验证。这表明本发明在计算速度上具有绝对优势，而且求解质量也是现行方法难以企及的。
本发明还提供了一种飞行器发射时间筹划系统，包括：
模型构建模块，用于基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型
发射时间筹划模型，用于基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。
其中，所述发射时间筹划模块具体包括：
发射时间设置单元，用于设置各飞行器的发射时间；各飞行器的发射时间满足所述飞行器发射时间筹划模型的约束条件；
计算单元，用于基于各飞行器的发射时间计算所述飞行器发射时间筹划模型的目标函数值；
选择单元，用于选择所述目标函数值最小时对应的各飞行器的发射时间为最优的发射时间，完成各飞行器的发射时间筹划。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种飞行器发射时间筹划方法，其特征在于，包括：
基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型；
基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。
2.根据权利要求1所述的飞行器发射时间筹划方法，其特征在于，所述飞行器发射时间筹划模型如下：
Figure FDA0003120028660000011
s.t.
tli-tri≥tsi
tli≤tei
tlj≥tli+tij
其中，m为飞行器数量，tli为第i个飞行器的发射时间，tlj为第j个飞行器的发射时间，tri为第i个飞行器的发射准备时间，tij为第i个飞行器和第j个飞行器的发射时间间隔，tsi为第i个飞行器的任务开始时间，tei为第i个飞行器的任务结束时间。
3.根据权利要求1所述的飞行器发射时间筹划方法，其特征在于，所述基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间，具体包括：
设置各飞行器的发射时间；各飞行器的发射时间满足所述飞行器发射时间筹划模型的约束条件；
基于各飞行器的发射时间计算所述飞行器发射时间筹划模型的目标函数值；
选择所述目标函数值最小时对应的各飞行器的发射时间为最优的发射时间，完成各飞行器的发射时间筹划。
4.一种飞行器发射时间筹划系统，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于基于给定飞行器数量、发射时间以及发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型；
模型构建模块，用于基于所述飞行器数量以及所述发射时间间隔构建飞行器发射时间筹划模型；
发射时间筹划模型，用于基于所述飞行器发射时间筹划模型筹划各飞行器的发射时间。
5.根据权利要求4所述的飞行器发射时间筹划系统，其特征在于，所述飞行器发射时间筹划模型如下：
Figure FDA0003120028660000021
s.t.
tli-tri≥tsi
tli≤tei
tlj≥tli+tij
其中，m为飞行器数量，tli为第i个飞行器的发射时间，tlj为第j个飞行器的发射时间，tri为第i个飞行器的发射准备时间，tij为第i个飞行器和第j个飞行器的发射时间间隔，tsi为第i个飞行器的任务开始时间，tei为第i个飞行器的任务结束时间。
6.根据权利要求4所述的飞行器发射时间筹划系统，其特征在于，所述发射时间筹划模块具体包括：
发射时间设置单元，用于设置各飞行器的发射时间；各飞行器的发射时间满足所述飞行器发射时间筹划模型的约束条件；
计算单元，用于基于各飞行器的发射时间计算所述飞行器发射时间筹划模型的目标函数值；
选择单元，用于选择所述目标函数值最小时对应的各飞行器的发射时间为最优的发射时间，完成各飞行器的发射时间筹划。
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