CN114148520A - 低成本折叠翼拦截机、机群和拦截来袭无人机群的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低成本折叠翼拦截机、机群和拦截来袭无人机群的方法,该方法包括以下步骤：S1，由多架低成本折叠翼拦截机快速发射在空中编队组成拦截机群；S2，拦截平台指挥截机群飞到目标区域，并组成拦截阵列；S3，拦截平台监测来袭的多架无人机，确定拦截目标的状态；S4，拦截平台针对各个拦截目标，对拦截阵列中的各个拦截机进行拦截任务分配；S5，各个拦截机根据所分配的任务，拦截来袭的无人机。本发明可以将拦截机以折叠状态(半径最小状态)安装在等长安装圆筒内，占用体积小，便于大规模部署，有利于高射速大量发射。另外，拦截机群拦截可靠性高，能够实现对来袭无人机群的有效拦截。

Description

低成本折叠翼拦截机、机群和拦截来袭无人机群的方法

技术领域

本发明涉及反无人机技术的技术领域，尤其是涉及一种低成本折叠翼拦截机、机群和拦截来袭多架无人机的方法。

背景技术

近年来，针对反“低、慢、小”无人机实际需求，举行了“无形截击 --反无人机挑战赛”。虽然当前反无人机产品体系、能力和技术方面取得了重要突破，但一些技术问题也显露了出来。

申请人经研究发现：从理论/技术分析和实际测试结果得出，软杀伤方法往往带来较为严重的附带损伤，全频/全向/全时式电磁干扰严重干扰正常电子活动，频谱反应式电子干扰往往不分敌我，定频式电子干扰不能干扰调频和其他频率，不能够有效反制各类黑飞靶机，需要在软杀伤的基础上，增设考虑物理毁伤手段，即硬杀伤。

硬杀伤一般涵盖高能激光、高能电磁脉冲方式，以及撞击和网捕等低成本方式，从三次“无形截击”反无人机挑战赛实际测试情况看，高能激光和高能电磁脉冲等高端硬杀伤设备在有效探测、跟踪目标的前提下，能够有效反制来袭目标无人机，但也具有成本高、体积重量大、机动能力差和能耗高的缺点，尤其要注意的是高能激光和高能电磁脉冲在城市环境下使用时将会产生较大附带损伤，具体体现在：当靶机处于射击点和城市楼宇之间，高能激光、高能电磁脉冲在击穿/击中目标的同时，必然会击中楼宇，造成附带损伤。过大过重、过低机动性和过高成本，将导致高能激光和高能电磁脉冲不易普及使用。此外，高能电磁脉冲要求相当面积的前后向安全距离和空间，给使用带来了不便。而当前国内低成本硬杀伤设备，典型如地面平台/空中射网，跟瞄系统不能有效跟踪目标，射击偏差过大，网弹战斗部不能有效张网，且张网面积过小，导致不能有效捕捉，更难以对来袭的多架无人机进行拦截任务

因此，一种能够有效拦截来袭多架无人机的硬杀伤方式以及针对多个来袭目标的拦截方法亟待解决。

发明内容

本发明的目的：

为了解决现有技术中的无法有效捕捉来袭多架目标无人机等技术问题。

本发明的技术方案：

一方面，本发明提出了一种低成本折叠翼拦截机群拦截来袭多架无人机的方法，该方法包括以下步骤：

S1，由多架低成本折叠翼拦截机快速发射在空中编队组成拦截机群；

S2，当截机群飞到目标区域时，组成拦截阵列；

S3，监测来袭的多架无人机，确定拦截目标的状态；

S4，针对各个拦截目标，对拦截阵列中的各个拦截机进行拦截任务分配；

S5，各个拦截机根据所分配的任务，拦截来袭的无人机。

另一方面，本发明提出了一种低成本折叠翼拦截机。

该低成本折叠翼拦截机包括：

大功率电动螺旋桨1、十字折叠机翼2、十字折叠尾翼3、机身4，

其中：十字折叠机翼2包括：前机翼21、后机翼22。

当所述低成本折叠翼拦截机发射时，处于折叠状态，保持最小半径，便于拦截机数量最大化；

发射后，处于机体四轴对称的十字折叠机翼2和十字折叠尾翼3张开，呈现翼伞撑式结构。

另一方面，本发明提出了一种拦截机群，包括：

多架上述多架低成本折叠翼拦截机。

本发明的技术效果可以是：

本发明基于满意决策的目标分配算法，由参与分配的拦截机提出各自“满意”的目标集合，在各拦截机的满意集合上搜索最好的分配方案，能够实现对来袭无人机群的有效拦截。

本发明拦截机可以折叠状态半径最小状态安装在等长安装圆筒内(即高速发射筒)，占用体积小，便于大规模部署，有利于高射速大量发射。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的低成本折叠翼拦截机展开状态示意图；

图2是本发明一实施例的低成本折叠翼拦截机折叠状态示意图；

图3是本发明一实施例的低成本折叠翼拦截机前机翼“折叠-展开”机构示意图；

图4是本发明一实施例的拦截机群拦截多来袭无人机示意图；

图5是本发明一实施例的基于满意决策的目标分配算法流程图；

图6是本发明一实施例的拦截机群智能决策与控制软件示意图。

其中：大功率电动螺旋桨1、十字折叠机翼2、十字折叠尾翼3、机身4、前机翼21、后机翼22、拦截阵列10、来袭多架无人机20、显示每架拦截机的状态显示区100、拦截机群整体状态显示区200、拦截机群队形调整区300、拦截机群显示201、目标位置202。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示意性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域的技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体设置和方法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了结构、方法、器件的任何改进、替换和修改。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以互相结合，各个实施例可以相互参考和引用。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明一实施例的低成本折叠翼拦截机展开状态示意图；图2是本发明的低成本折叠翼拦截机折叠状态示意图；图3是本发明的低成本折叠翼拦截机前机翼“折叠-展开”机构示意图。

参考图1-3，一种低成本折叠翼拦截机包括：大功率电动螺旋桨(可折叠) 1、十字折叠机翼2、十字折叠尾翼3、机身(包含中心圆柱)4。其中：十字折叠机翼2包括：前机翼21、后机翼22。

当所述低成本折叠翼拦截机100发射时，处于折叠状态，保持最小半径，便于拦截机数量最大化；发射后，处于机体四轴对称的十字折叠机翼2和十字折叠尾翼3张开，呈现翼伞撑式结构。具体的，发射过程中，十字折叠机翼2 的基座固定在机身4的中心柱体上，十字折叠尾翼3的基座沿中心柱体向后运动，将前弹翼向外推开。十字折叠尾翼3通过最大张点后继续运动一段距离，保持自动锁止，抵抗十字折叠机翼2因风压导致回缩现象。

在一些实施例中，低成本折叠翼拦截机采用大功率电动螺旋桨前拉式、十字折叠翼面+十字折叠尾翼方式的低成本折叠翼拦截机，通过组网模块互相发送拦截机状态数据，组成拦截机群，对来袭无人机进行拦截。该拦截机具有以下三个优势：①飞行距离远，达6-8公里。②飞行速度快，120-140公里/小时③能以“弹链”方式持续提供拦截机，保证大的发射量。该拦截机群系统作为全方位、低附带损伤的体系化防御系统，弥补当前国内反无人机体系的硬杀伤能力短板，从而为保护核心要地、能源基地、重大活动等目标提供保护。

低成本折叠翼拦截机采用菱背式构型，十字折叠机翼2采用翼伞撑式结构，在发射时处于折叠状态，保持最小半径，便于拦截机数量最大化。发射后，处于机身4四轴对称的十字折叠机翼2张开。结构上，前机翼21基座固定在机身 4的中心柱体，后机翼22基座沿中心柱体向后运动，将前机翼21向外推开。其中后机翼22通过最大张点后继续运动一段距离，保持自动锁止，抵抗前机翼 21因风压导致回缩现象。机翼2撑弹开后，通过前机翼21间张紧装置保持前翼稳定，遏制旋转部件等加工误差导致的松动，保持机翼2整体处于稳定结构状态。

图4是本发明的拦截机群拦截多来袭无人机示意图。

如图4所示，其中拦截机群组成的拦截阵列10用于拦截来袭多架无人机 20。拦截机群在目标区域组成拦截阵列后，需要对多个来袭无人机目标进行拦截分配，根据来袭无人机的位置、威胁程度、易拦截程度和价值等不同，基于满意决策的目标分配算法，实施打击策略。

拦截机群在目标区域组成拦截阵列后，需要对多个来袭无人机目标进行拦截分配，基于满意决策的目标分配算法的基本原理是：由参与分配的拦截机提出各自“满意”的目标集合，在各拦截机的满意集合上搜索最好的分配方案。“满意”指在表示“接受”和“拒绝”的两个指标中寻找平衡，当“接受”因子影响大于“拒绝”因子时，认为此目标是令人“满意”的。

假设拦截群中有N个不同的拦截机{U₁,U₂,......U_N}，有M个来袭无人机目标 {T₁,T₂,......T_M}，定义目标分配矩阵X^N×M：

目标分配过程中每个拦截机最多只能选择拦截一个目标，即在分配模型中，约束项

针对分配模型中的拦截机个体满意和拦截机群体目标，假设

(1)U_i拦截T_j的效益：J_value,i(T_j)＝p_i,j·ρ_j；

(2)U_i拦截T_j的代价：J_cost,i(T_j)＝D_i(T_j)·v_i；

其中，D_i(T_j)＝η_i·C_thr,i(T_j)+(1-η_i)C_len,i(T_j)，η_i∈[0,1]；表示U_i拦截T_j的损耗函数。 C_thr,i(T_j)表示U_i拦截T_j的威胁代价，C_len,i(T_j)表示U_i拦截T_j的路径代价，且： C_thr,i(T_j)＝γ_i·r_ij+(1-γ_i)·P_thr,i,j，γ_i∈[0,1]，威胁代价包括拦截机拦截目标的威胁代价和拦截机到目标的飞行路径的威胁代价。C_len,i(T_j)＝P_len,i,j/P_len,i,max，其中P_len,i,max表示U_i允许的最大飞行路径。

单目标分配时接受函数定义为：

其中，J_value,i,min表示U_i所有可选择目标的最低效益，J_value,i,max表示U_i所有可选择目标的最高效益。

单目标分配时拒绝函数定义为：

其中，J_cost,i,min表示U_i所有可选择目标的最小代价，J_cost,i,max表示U_i所有可选择目标的最大代价。

μ_A∈[0,1]，对于效益最大的目标取最大值1，对于效益最小的目标取最小值0，拦截机对效益大的目标接受程度大，对效益小的目标接受程度小。μ_R∈[0,1]，对代价最大的目标取最大值1，对代价最小的目标取最小值0，拦截机对拦截代价大的目标拒绝程度大，拦截代价小的目标拒绝程度小。拦截机倾向于接受拦截效益大的目标，拒绝拦截代价大的目标，定义拦截机个体满意集合应在拦截机的效益和代价之间寻找平衡。

单目标分配的个体满意集合定义为：

其中，b_i称为选择因子，b_i取值应适当，太大会使满意集合过小或为空集，得不到好的解；太小则不能有效缩小搜索空间。b_i可根据战术要求对“代价最小”和“效益最大”两项指标重要度比例初步确定，在计算过程中必要时进行调整，若搜索空间太小适当减小b_i，反之则适当增大b_i。F_i表示U_i的可行集合，“可行”意味着电量足够、武器配置及自身能力允许等。

拦截机群协同分配从不同个体的满意集合中组合出群体的分配方式，使得全局的目标函数最优。

图5是本发明的基于满意决策的目标分配方法流程图。

参考图5，该方法主要包括K1,初始化计算、K2,满意集合计算和K3,搜索三个过程。满意决策方法将搜索空间限制在各拦截机的满意集合上，假设|S_v,i|表示满意集合S_v,i的基数，则算法搜索次数为

而对N架拦截机攻击M个目标穷举的次数为M^N。由于|S_v,i|<M，则

搜索空间大大缩小了。 K11读入待分配的目标及相关参数后，K12计算各拦截机拦截不同目标的分配参数，K2随后计算不同拦截机的满意集合S_v,i，K31从所有S_v,i中组合全局分配方案，计算代价函数，取当前最优的代价函数。所有方案计算完后，K33得出最优分配方案；K32否则，选择下一组合方案，弱当前代价函数大于最优函数，则替换为当前方案的目标函数。

图6是本发明的拦截机群智能决策与控制软件界面示意图。

参考图6，拦截机群智能决策与控制软件界面包括：显示每架拦截机的状态显示区100、拦截机群整体状态显示区200和拦截机群队形调整区300。其中，拦截机群整体状态显示区200包括：拦截机群显示201、目标位置202，连接的直线表示拦截机群对应的来袭目标无人机。

参考图6，一种拦截机群包括64架低成本折叠翼拦截机，该机群在目标区域组成拦截阵列，对多方来袭的无人机进行拦截。

拦截机群智能决策与控制软件简单验证了上述目标分配算法。该软件可使战场操作人员能够同时对多于64个拦截机群平台进行实时监控和指挥，以开发并测试可用于不同拦截机群拦截任务的拦截机群战术。该拦截机群人机交互系统可以部署在小型平板电脑上、地面移动控制站、机载航电系统上，可以控制多于64个拦截机群平台，促进任务规划，人机之间可自然交互、简洁但综合性较强的组合，满足训练和实战需求，数据闭环支持双向信息流动。可实现决策辅助、目标分类要求、编队和子编队可视化、编队和子编队任务规划、定义拦截机群飞行模式、系统权限或自主水平、视觉和听觉的预警，提供综合多视角人机界面，开启调用可直接进入地图进行可视化显示，能使一人同时有效控制、监督、管理作战拦截机群。

需要说明的是，上述流程操作可以进行不同程度的组合应用，为了简明，不再赘述各种组合的实现方式，本领域的技术人员可以按实际需要将上述的操作步骤的顺序进行灵活调整，或者将上述步骤进行灵活组合等操作。

需要说明的是，上述实施例中所示的功能组件的实现方式可以为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低成本折叠翼拦截机群拦截来袭多架无人机的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将多架低成本折叠翼拦截机发射在空中并编队组成拦截机群；

S2，当截机群飞到目标区域时，组成拦截阵列；

S3，监测来袭的多架无人机，确定拦截目标的状态；

S4，针对各个拦截目标，对拦截阵列中的各个拦截机进行拦截任务分配；

S5，各个拦截机根据所分配的任务，拦截来袭的无人机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S4步骤中：

拦截任务分配是基于满意决策的目标分配方法，由参与分配的拦截机提出各自“满意”的目标集合，在各拦截机的满意集合上搜索能够达到预期效果的分配方案，实现对来袭无人机群的有效拦截。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S4步骤中，所述满意决策的目标分配方法包括以下子步骤：

读入待分配的目标及相关参数；

计算各拦截机拦截不同目标的分配参数；

计算不同的满意集合；

从所有满意集合中组合全局分配方案，计算代价函数，取当前最优的代价函数；

所有方案计算完后，得出最优分配方案，否则，选择下一组合方案；

若当前代价函数大于最优函数，则替换为当前方案的目标函数。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

拦截平台综合多视角人机界面，开启调用直接进入地图进行可视化显示，使得一人能够同时有效控制、监督、管理作战拦截机群。

5.一种低成本折叠翼拦截机，其特征在于，由多架低成本折叠翼拦截机构成的拦截机群用于拦截如权利要求1-4中任意一项所述的方法来拦截拦截来袭的多架无人机，其中，所述低成本折叠翼拦截机包括：

大功率电动螺旋桨(1)、十字折叠机翼(2)、十字折叠尾翼(3)、机身(4)，

其中：十字折叠机翼(2)包括：前机翼(21)、后机翼(22)。

6.根据权利要求5所述的低成本折叠翼拦截机，其特征在于，其中：

当所述低成本折叠翼拦截机发射时，处于折叠状态，保持最小半径，便于拦截机数量最大化；

发射后，处于机体四轴对称的十字折叠机翼(2)和十字折叠尾翼(3)张开，呈现翼伞撑式结构。

7.根据权利要求5所述的低成本折叠翼拦截机，其特征在于，其中：

十字折叠机翼(2)的基座固定在机身(4)的中心柱体上，十字折叠尾翼(3)的基座沿中心柱体向后运动，将前机翼(21)向外推开。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的低成本折叠翼拦截机，其特征在于，其中：

十字折叠尾翼(3)通过最大张点后继续运动一段距离，保持自动锁止，抵抗十字折叠机翼(2)因风压导致回缩现象。

9.一种拦截机群，其特征在于，包括：

多架由权利要求5-8中任意一项所述多架低成本折叠翼拦截机。

10.根据权利要求9所述的一种拦截机群，其特征在于，其中：

64架低成本折叠翼拦截机在目标区域组成矩形、椭圆形、三角形拦截阵列，对来袭的多架无人机进行拦截。

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