多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著未來戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境日趨復(fù)雜和防御體系的不斷完善，未來戰(zhàn)爭(zhēng)將是系統(tǒng)與系統(tǒng)、體系與體系之間的對(duì)抗。在高度對(duì)抗的體系化作戰(zhàn)環(huán)境中，單架飛行器已經(jīng)難以甚至不能發(fā)揮預(yù)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(xué)位論文結(jié)合航空某所課題合作項(xiàng)目--“多飛行器攻防對(duì)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(jì)劃資助項(xiàng)目--“多彈協(xié)同對(duì)抗軌跡全局優(yōu)化與控制”，針對(duì)多

2、飛行器協(xié)同軌跡多約束、強(qiáng)耦合的復(fù)雜多目標(biāo)優(yōu)化與決策問題，對(duì)多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，提出了一套在隨機(jī)環(huán)境中多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化的數(shù)值算法，并進(jìn)行了大量地飛行數(shù)值仿真。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，對(duì)多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述和對(duì)多飛行器航跡規(guī)劃進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化的數(shù)學(xué)描述主要包括:多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化問題的一般數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)描述。多飛行器航跡規(guī)劃的數(shù)學(xué)建模主要包括:靜態(tài)/動(dòng)態(tài)飛行任務(wù)、飛行環(huán)境（數(shù)字地圖、隨機(jī)風(fēng)場(chǎng)模型、禁飛區(qū)、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)威脅區(qū)）、飛行器運(yùn)動(dòng)方程等數(shù)學(xué)建模。
　　然后，提出了多飛行器協(xié)同任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值算法。其主要包括多飛行器協(xié)同任務(wù)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(wù)分配算法主要給出了一種基于目標(biāo)剩余時(shí)間的多飛行器協(xié)同任務(wù)分配算法，就攻擊型飛行器與目標(biāo)飛行器的飛行速度與數(shù)量的不同組合，分別給出了算例?；谀繕?biāo)剩

4、余時(shí)間的多飛行器協(xié)同任務(wù)分配算法可以實(shí)時(shí)在線地計(jì)算各攻擊型飛行器相對(duì)各目標(biāo)飛行器的剩余飛行時(shí)間，得出當(dāng)時(shí)的目標(biāo)分配矩陣，從而實(shí)時(shí)地調(diào)整分配目標(biāo)，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(jī)環(huán)境（如風(fēng)場(chǎng)）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(jī)多變敵雷達(dá)監(jiān)測(cè)、敵防空武器攔截系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)可攻擊與攔截區(qū)）、復(fù)雜地形、復(fù)雜惡劣的天氣現(xiàn)象（隨機(jī)風(fēng)場(chǎng)）等各種威脅區(qū)條件下，可以為飛行器尋找準(zhǔn)確地命中目標(biāo)、同時(shí)危險(xiǎn)度最小、可靠度最大、

5、路徑或時(shí)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(jìn)的動(dòng)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(wù)規(guī)劃系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值算法，是基于敵-我雙方的動(dòng)態(tài)可攻擊與攔截區(qū)而實(shí)時(shí)調(diào)整進(jìn)行的，其中，敵-我雙方的動(dòng)態(tài)可攻擊區(qū)與動(dòng)態(tài)攔截區(qū)是多飛行器協(xié)同（軌跡優(yōu)化）作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　其次，研究了多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)動(dòng)態(tài)攻防區(qū)。依據(jù)多飛行器協(xié)同作戰(zhàn)中攻防雙方需要及時(shí)動(dòng)態(tài)獲取可攻擊空域的信息等特點(diǎn)，以空空導(dǎo)彈為例進(jìn)行了動(dòng)態(tài)可攻擊

6、區(qū)的研究;包括了空空導(dǎo)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(dòng)態(tài)可攻擊區(qū)。其中，全向攻擊是對(duì)前向攻擊的空空導(dǎo)彈不能攻擊其后半球目標(biāo)而進(jìn)行的一項(xiàng)補(bǔ)充研究;為了獲取多飛行器攻防對(duì)抗中空空導(dǎo)彈發(fā)射后動(dòng)態(tài)可攻擊空域的信息，提出了空空導(dǎo)彈射后動(dòng)態(tài)可攻擊區(qū)的概念并進(jìn)行了數(shù)值仿真。同時(shí)，空空導(dǎo)彈的射前可攻擊區(qū)是靜態(tài)威脅區(qū)的一個(gè)組成部分，而空空導(dǎo)彈的射后動(dòng)態(tài)可攻擊區(qū)對(duì)于已方來說，是為了實(shí)時(shí)獲取敵方目標(biāo)是否在其攻擊空域內(nèi)，對(duì)

7、于敵方來說，此射后動(dòng)態(tài)可攻擊區(qū)是動(dòng)態(tài)的威脅區(qū)域。因此，在考慮敵方威脅區(qū)時(shí)，需要考慮敵方射前可攻擊區(qū)所構(gòu)成的靜態(tài)威脅區(qū)以及敵方射后動(dòng)態(tài)可攻擊區(qū)所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)威脅區(qū)。
　　最后，基于以上的研究，對(duì)多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化進(jìn)行了飛行數(shù)值仿真。根據(jù)對(duì)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(biāo)作有規(guī)則（非對(duì)抗）機(jī)動(dòng)的多飛行器協(xié)同軌跡優(yōu)化、目標(biāo)作無規(guī)則隨機(jī)（非對(duì)抗）機(jī)動(dòng)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