多飞行器协同攻击的行动序列规划方法

飞行器协同攻击行动序列规划中,地面目标威胁直接影响飞行器的目标分配和航迹规划,目前多飞行器协同攻击规划算法不考虑地面目标被摧毁而威胁消失的情况,不符合飞行器战术应用的实际情况。提出一种基于滚动时域方法的多飞行器协同攻击的行动序列规划方法,依据地面目标被摧毁之后的最新态势重新分配打击目标,仿真结果表明该方法符合飞行器战术应用的特点。     

基于分段贝塞尔曲线的多导弹协同航迹规划

针对多导弹在保证自身生存能力的前提下对目标进行协同打击的问题,提出一种能够使多导弹回避威胁区、避免弹间碰撞、从指定的方向同时攻击目标的协同航迹规划方法。建立导弹的三次贝塞尔曲线航迹模型,考虑导弹的初始发射角、末端攻击角、过载等多种约束,以表示贝塞尔曲线控制点位置的量作为设计变量,以分段航迹最短为性能指标函数,通过优化得到最优分段航迹。根据战场的威胁区的位置和大小,设计了航迹节点选取规则,并与分段航迹优化方法相结合得到了满足威胁回避要求、过载及攻击角度约束的航迹。在各导弹速度相同的前提下,选定最长航迹对应时间为理想攻击时间,其余航迹按比例扩展以与最长航迹的长度相等,从而实现攻击时间的一致。对协同航迹时空安全性进行检测并提出了对不安全航迹的调整方法。仿真结果表明了本算法的有效性。     

基于突发任务多无人作战飞机攻击多目标研究

针对无人作战飞机在动态不确定环境中任务执行的路径规划问题,提出了一种基于突发任务的路径规划方法。在单机路径规划中,通过建立Voronoi有向图,并根据Dijkstra算法为每架无人作战飞机寻找最优、次优路径,针对路径规划中的多目标攻击和协同的问题,设计了一种多目标攻击任务规划器,结合突发任务的情况,给出了多目标攻击策略。仿真的结果表明所提方法是可行的。     

交互策略改进MOFA进化的多UAV协同航迹规划

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)多目标优化协同航迹规划方法中Pareto最优解集规模随迭代增长, 难以选择适合UAV任务特点的协同航迹等问题, 提出一种基于交互策略改进多目标萤火虫(multi-objective firefly algorithm, MOFA)进化的多UAV协同航迹规划方法。首先,采用变量分解策略将萤火虫算法中大规模变量分解成多个子种群, 以降低算法搜索的复杂度; 然后, 利用Tent混沌初始化和多种群循环分裂合并策略提高多目标萤火虫算法的搜索性能; 采用双极偏好占优机制、并设计协同度指标在Pareto最优解集中选取适合任务需要且协同度较高的UAV协同航迹。仿真实验表明, 所提方法能够根据任务设定生成对应侧重点、且满足协同性的相对最优航迹集, 证明了该方法的有效性。     

舰载机模块化弹药调度方案优化设计

舰载机模块化弹药存储和调度是未来发展的主要趋势之一。模块化弹药调度与整弹调度相比，调度对象的数量成倍增加并且多了一个弹药装配环节，使调度工作的难度呈指数级增长。针对模块化弹药调度问题，建立以任务完成时间最小化和各舱室与升降机平均工作时间最小化为优化目标，以各模块调度次序、机器选择和调度起始时间为约束条件的舰载机模块化弹药调度模型，设计递推法计算任务完成时间，并使用改进的遗传算法对模型进行求解，结合模块化弹药特点优化多层编码方式，使染色体更加完整地表达弹药在各个阶段的信息。通过仿真验证，所提的舰载机模块化弹药调度方法生成的调度方案具有可行性。     

基于改进凸优化算法的多机编队突防航迹规划

为更好地发挥多机编队在低空突防作战中的优势，对已有的凸优化算法进行改进，提出一种多机编队低空突防航迹规划方法。首先，根据低空突防任务特点进行问题建模，包含多机编队航迹规划模型、障碍物模型以及任务分配评估模型。其次，提出基于匈牙利算法的集群任务分组概念，设计更符合战场需求和运动学规律的预规划航迹。之后，考虑新类型的外部障碍物和不同任务小组间的组间避障，通过对约束进行合理的近似与凸优化，实现多机安全飞行。最后，通过对比仿真，验证所提改进方法的可行性和有效性。结果表明，改进后的航迹规划算法能实现对低空突防任务的合理分配，求解效率和成功率均有所提高，对新加入的障碍有良好的避障效果。     

通信距离受限条件下的无人机集群协同区域搜索

针对通信距离受限条件下的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群协同搜索任务, 考虑防相撞约束, 定制了一种能够在搜索过程中根据机间距离切换交互方法的UAV交互决策机制, 实现了动态环境中的搜索航迹规划。首先, 运用栅格化方法建立包含3种属性的环境认知地图对任务区域进行表征。其次, 考虑多种搜索任务需求, 以最大化搜索效率为目标建立UAV集群协同搜索模型。然后, 根据机间有效通信距离定义了UAV协同搜索过程中的通信状态, 设计了一种能够在通信完全有效、局部有效以及完全失效3种典型场景下切换信息交互方法的信息交互与决策机制。最后, 采用滚动时域优化方法, 实现集群各成员的自主决策与交互行为。仿真结果表明, 所提算法能够在通信距离受限条件下有效完成协同搜索任务, 在完成覆盖搜索任务时能够有效兼顾对动目标的搜索。     

基于图模型自主优化的多无人机多目标攻击

为在多无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle, UCAV)执行多目标攻击中适时确立决策优化的方向、改变任务优化所需的基本条件,采用图模型中的动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network, DBN)构建了空天威胁体感知模型,提出了基于图模型自主优化系统的分层架构和多UCAV自主协同规划方法。该方法利用数据融合形成的DBN状态转移网络及观测转移网络参数的变化表现复杂空天环境的变化,并充分利用DBN的学习和推理算法,实现了对威胁体的在线动态感知,达到了按照确定原则完成UCAV攻击目标重新分配与航迹协同等任务的目的。仿真结果表明了这种自主优化规划方法的正确性和可行性。     

复杂环境中多无人机协同侦察的任务分配方法

现有多无人机协同规划方法往往将航迹规划与任务分配拆开单独解决,导致在复杂环境下协同方案并不是最佳。建立多无人机协同侦察异构目标的代价矩阵,针对复杂环境中多种障碍约束和无人机运动及航迹特点,以改进的PSO-AFSA（Particle Swarm Optimization-Artificial Fish Swarms Algorithm）求解单无人机航迹规划模型,利用匈牙利算法完成各架无人机侦察任务协同分配。仿真结果表明：该算法能使单无人机航程更短且航迹更光滑的同时,实现与任务协同分配紧耦合,使无人机集群总航程的全局总代价最低,提高了任务分配合理性。     

基于多目标优化算法的多无人机协同航迹规划

多无人机协同航迹规划是无人机协同作战的关键技术之一。本文提出的一种针对多无人机协同航迹规划的多目标优化算法,即协同非支配排序进化算法(cooperated non dominated sorting genetic algorithms II,CO-NSGA II),针对多架无人机的航迹距离、安全性、时间以及空间的协同性进行规划。运用多目标优化算法,克服了传统航迹规划中需要为各目标函数取权值的不足,并且可以生成多组可供选择的解。同时引入协同进化策略,将各无人机的航迹规划视作子种群,各子种群间进行合作,子种群内采用非支配排序进化算法(non-dominated sorting genetic algorithms II,NSGA II)进行独立优化。考虑到各机间的协同约束,用时间空间协同系数替代传统算法中的“拥挤距离”参数。仿真结果表明通过本文算法能够有效实现多无人机协同航迹规划。     

混合种群RRT无人机航迹规划方法

快速扩展随机树（rapidly-exploring random tree，RRT）无人机航迹规划方法能够快速获得满足约束要求的可行航迹，但是无法获得接近最短航迹的较优航迹。针对航迹的最优性问题，提出了混合种群RRT无人机航迹规划方法。在基于环境势场的RRT算法的基础上，设计了一种种群优化方法，通过引入自优化种群和协同优化种群改善航迹段，使算法同时具有局部和全局寻优能力。在得到航迹节点的基础上，采用B样条曲线的平滑方法生成曲率连续的可跟踪航迹。仿真结果表明，所提算法能够综合考虑无人机航程代价和雷达威胁代价，快速地收敛得到接近最优且满足无人机动力学约束的可行航迹，在不同环境下也能有满意的收敛效率。     

基于物理规划的多星多站访问规划

随着在轨卫星数量增加，对大量卫星进行有效监管具有迫切需求，需要研究如何合理分配和调度有限的地面资源对卫星进行访问。提出了一种基于物理规划的多星多站访问指派规划方法，以地面设施对卫星的访问窗口指派为设计变量，以相同地面设施相邻访问窗口的最小时间间隔及单个地面设施的最大访问次数为约束条件，以任务耗时、考虑成功率的访问收益、访问成本为目标函数，建立了考虑成本和收益的多星多站非均衡访问规划模型；采用物理规划将多目标函数合理地映射为单目标函数，使用差分进化算法进行寻优。将所提方法应用于3站4星的小规模问题及20站96星的大规模问题的求解。结果表明，所提方法能够获得符合约束的权衡多目标偏好的解。相较于加权法和约束法等，求解更加稳定高效，各指标均能得到均衡的优化。     

基于任务分配的多飞行器协同航迹规划

在综合考虑飞行器编队的飞行代价和作战效果的基础上, 研究了基于任务分配的多飞行器协同航迹规划方法, 构建了结合任务分配的飞行器编队协同航迹规划模型, 设计了分解式协同航迹规划算法, 可以有效地对多目标存在的情况进行综合权衡, 得到合理的任务分配和航迹规划方案. 仿真算例表明, 这种航迹规划方法不仅能保证各飞行器选择合理的协同航迹, 也使得作战任务可以获得最佳作战效果, 有效地提高编队作战的效费比.     

特定多任务下飞机航迹规划研究

为了更好地完成航空特定任务，提出了特定多任务下飞机航迹规划模型。采用栅格法建立战场环境模型，根据复杂、真实战场环境以及作战要求，提出了距离、油耗、任务完成度、地对空威胁和空对空威胁5个目标航迹规划的模型。根据特定任务的要求，分析了满足任务的各种需求，给出了评估任务完成度指标。根据该问题的特点，提出一种两阶段的航迹规划求解算法。第一个阶段用简化二维路径规划模型计算多任务顺序，第二阶段根据多任务顺序使用改进A*算法求解多目标栅格优化问题，解决了A*算法不能处理时变优化问题情况。仿真结果表明该方法能很好地解决多任务、多目标航迹规划问题，比目前的算法更高效。     

无人机集群网电攻击行动协同目标分配建模

以一体化综合防空系统中的雷达为作战对象,从体系对抗的高度研究了无人机集群网电攻击行动协同目标分配的思路与方法,并以目标重分配规则与有人机/无人机协同规则为重点构建了基于协同目标分配规则的协同目标分配模型。然后研究了基于智能优化算法的协同目标分配模型求解方法,运用混合离散粒子群优化算法模拟有人机目标分配,运用基于协议规则算法模拟无人机目标分配。最后进行了仿真实验测试,实验结果证明了协同目标分配模型的有效性,并反映了集群自组网状态对于集群作战效能的重大影响,为无人机集群以及反无人机集群的战法设计提供定量依据。     

非制导弹药对时间敏感群目标毁伤效能评估

针对陆基平台发射非制导弹药攻击地面时敏群目标的效能评估,首先基于传统毁伤效率评估理论提 出了非制导弹药对地面不动群目标的毁伤效能评估模型。其次,基于目标存留概率给出了非制导弹药对地面时 敏群目标的毁伤效能评估模型。再次,基于目标机动对毁伤效能的影响分析,建立了非制导弹药对地面时敏群目 标的毁伤效能评估模型。最后,通过理论分析和数值仿真验证了模型的有效性,并研究了毁伤效能随射击持续时 间、目标平均停留时间和目标位移速度的变化规律。     

网络化智能攻击子弹药任务规划

网络化智能攻击子弹药的任务状态包括:搜索、识别,攻击和毁伤评估.为了实现多个弹药协同工作以更好更高效的方式执行作战任务,构造效益函数来对多个子弹药的任务进行规划,以最大收益的情况进行任务分配.建立了搜索收益、再识别收益、攻击收益和毁伤评估收益的计算公式.通过仿真示例看出,建立的效益函数模型可以实现将子弹药以最适合的任务状态分配给最适当的目标.     

考虑发射失败的多中心多卫星发射任务协同规划方法

在中国未来卫星发射需求急剧增加和卫星发射中心发射能力有限的情况下,为多颗卫星协调发射中心和发射时间变得日趋困难。为解决大量卫星发射任务的协同规划问题,以发射成本最少、发射失败概率最低为优化目标,建立了多中心多卫星发射任务协同优化的多目标混合整数规划模型。基于非支配排序的多目标优化算法(non-dominated sorting genetic algorithm II, NSGA II)框架,设计了求解模型的多目标进化算法,提出了发射中心选择的整数编码方案,给出了基于启发式搜索的发射时间规划解码算法,并设计了染色体质量检查与修正算法。基于中国现有的4个卫星发射中心和可能面临的6类发射任务,设计了包含10颗卫星发射任务的小规模案例和30颗卫星发射任务的大规模案例,对模型和算法进行了仿真验证。实验结果表明该方法能有效解决多中心多发射任务协同规划问题。     

网络化多传感器-多武器协同防空任务规划

针对网络化防空体系的多传感器-多武器协同任务规划问题, 考虑任务要求、装备性能、运用限制等约束, 构建多武器拦截与多传感器跟踪任务规划模型。前者以拦截时机、次数等为优化目标, 输出武器-目标配对以及对目标的拦截时段、跟踪时间要求; 后者以满足跟踪时间要求为目标, 输出传感器-目标配对和对目标的跟踪时段。设计了基于时段优选拼接和分支定界法的多传感器-多武器协同任务规划算法, 生成多传感器-多武器协同交战计划, 支持多传感器接力跟踪、跨平台打击引导、多武器协同抗击。在假定的舰艇编队与预警机协同防空场景下验证了所设计模型的有效性。     

基于双层规划的攻击无人机协同目标分配优化

针对攻击无人机编队协同作战的背景,提出了基于双层规划的攻击无人机协同目标分配模型。分别以打击效果最大化和飞行航线最短作为模型的上下层目标,并贴近战场环境将目标优先程度、目标打击效果上下限以及打击时间窗口等因素作为模型约束。利用直觉模糊双层规划(intuitionistic fuzzy bilevel programming, IFBLP)理论对构建的协同目标分配双层混合整数规划模型进行了转化,并采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)方法对其进行求解,给出了具体求解步骤。算例结果证明IFBLP理论能够有效解决所构建的双层混合整数规划模型。