多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化設計.pdf

1、隨著未來戰(zhàn)場環(huán)境日趨復雜和防御體系的不斷完善，未來戰(zhàn)爭將是系統(tǒng)與系統(tǒng)、體系與體系之間的對抗。在高度對抗的體系化作戰(zhàn)環(huán)境中，單架飛行器已經難以甚至不能發(fā)揮預期的作戰(zhàn)效果，只有通過飛行器之間的協(xié)同作戰(zhàn)，才能獲得最大的作戰(zhàn)效果。因此，有必要開展多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化的研究工作。
　　本學位論文結合航空某所課題合作項目--“多飛行器攻防對抗仿真演示系統(tǒng)”與江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃資助項目--“多彈協(xié)同對抗軌跡全局優(yōu)化與控制”，針對多

2、飛行器協(xié)同軌跡多約束、強耦合的復雜多目標優(yōu)化與決策問題，對多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化進行了較為系統(tǒng)的研究，提出了一套在隨機環(huán)境中多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化的數值算法，并進行了大量地飛行數值仿真。論文的主要研究內容如下:
　　首先，對多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化進行了數學描述和對多飛行器航跡規(guī)劃進行了數學建模。多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化的數學描述主要包括:多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化問題的一般數學描述、攻防雙方攔截型飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化與突防型飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化的問題

3、數學描述。多飛行器航跡規(guī)劃的數學建模主要包括:靜態(tài)/動態(tài)飛行任務、飛行環(huán)境（數字地圖、隨機風場模型、禁飛區(qū)、靜態(tài)/動態(tài)威脅區(qū)）、飛行器運動方程等數學建模。
　　然后，提出了多飛行器協(xié)同任務規(guī)劃系統(tǒng)優(yōu)化設計的數值算法。其主要包括多飛行器協(xié)同任務分配算法與飛行器航跡最優(yōu)規(guī)劃。多飛行器協(xié)同任務分配算法主要給出了一種基于目標剩余時間的多飛行器協(xié)同任務分配算法，就攻擊型飛行器與目標飛行器的飛行速度與數量的不同組合，分別給出了算例?；谀繕耸?/p>

4、余時間的多飛行器協(xié)同任務分配算法可以實時在線地計算各攻擊型飛行器相對各目標飛行器的剩余飛行時間，得出當時的目標分配矩陣，從而實時地調整分配目標，得到最優(yōu)的分配方案系列。飛行器航跡最優(yōu)規(guī)劃主要研究了在隨機環(huán)境（如風場）中威脅區(qū)回避軌跡的飛行器航跡最優(yōu)規(guī)劃。即在隨機多變敵雷達監(jiān)測、敵防空武器攔截系統(tǒng)（動態(tài)可攻擊與攔截區(qū)）、復雜地形、復雜惡劣的天氣現象（隨機風場）等各種威脅區(qū)條件下，可以為飛行器尋找準確地命中目標、同時危險度最小、可靠度最大、

5、路徑或時間最小的最優(yōu)飛行軌跡。飛行器最優(yōu)航跡規(guī)劃算法采用的是改進的動態(tài)規(guī)劃法與共軛梯度法的組合算法。該多飛行器協(xié)同任務規(guī)劃系統(tǒng)優(yōu)化設計的數值算法，是基于敵-我雙方的動態(tài)可攻擊與攔截區(qū)而實時調整進行的，其中，敵-我雙方的動態(tài)可攻擊區(qū)與動態(tài)攔截區(qū)是多飛行器協(xié)同（軌跡優(yōu)化）作戰(zhàn)的關鍵技術之一。
　　其次，研究了多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)動態(tài)攻防區(qū)。依據多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)中攻防雙方需要及時動態(tài)獲取可攻擊空域的信息等特點，以空空導彈為例進行了動態(tài)可攻擊

6、區(qū)的研究;包括了空空導彈的射前可攻擊區(qū)（包括前向攻擊的可攻擊區(qū)和全向攻擊的可攻擊區(qū)）、射后動態(tài)可攻擊區(qū)。其中，全向攻擊是對前向攻擊的空空導彈不能攻擊其后半球目標而進行的一項補充研究;為了獲取多飛行器攻防對抗中空空導彈發(fā)射后動態(tài)可攻擊空域的信息，提出了空空導彈射后動態(tài)可攻擊區(qū)的概念并進行了數值仿真。同時，空空導彈的射前可攻擊區(qū)是靜態(tài)威脅區(qū)的一個組成部分，而空空導彈的射后動態(tài)可攻擊區(qū)對于已方來說，是為了實時獲取敵方目標是否在其攻擊空域內，對

7、于敵方來說，此射后動態(tài)可攻擊區(qū)是動態(tài)的威脅區(qū)域。因此，在考慮敵方威脅區(qū)時，需要考慮敵方射前可攻擊區(qū)所構成的靜態(tài)威脅區(qū)以及敵方射后動態(tài)可攻擊區(qū)所構成的動態(tài)威脅區(qū)。
　　最后，基于以上的研究，對多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化進行了飛行數值仿真。根據對抗飛行器的飛行環(huán)境與飛行目的不同組合分為四種情況:目標作有規(guī)則（非對抗）機動的多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化、目標作無規(guī)則隨機（非對抗）機動的多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化、考慮射前可攻擊區(qū)的多飛行器協(xié)同突防威脅區(qū)的軌