实时联合打击优化模型的建立方法

技术领域

本发明属于无人机拦截技术领域，涉及一种实时联合打击优化模型的建立方法。

背景技术

近年来，随着低空空域管制的逐步开放和无人机技术的飞速发展，无人机的“黑飞”现 象日益增多，其违规违法运行对民航安全问题产生了不可忽略的威胁，严重干扰了正常的社 会秩序。

目前，针对“低慢小”目标的处置手段主要有激光拦截、无线电干扰和网式拦截等。但 是利用激光武器对“低慢小”目标进行处置拦截还存在一些缺点，主要表现在：1)激光在大 气中传输容易衰减，其射程受大气的影响，不具备全天候作战能力，一旦遇到浓云雨雾、雷 电雪霾等恶劣天气，光束质量变差，难以发挥应用的威力；2)跟踪瞄准难度大，在拦截目标 时，如遇到视线有阻挡或目标高机动运动，其跟踪瞄准要达到理想的精度，是一个尚在解决 的问题；3)随着射程的增加，光束在目标上形成的光斑逐步增大，导致激光的功率密度随之 降低；4)能量转换效率低，激光武器系统体积和质量较大，机动性不高。无线电干扰设备通 过发射无线电波束干扰无人机的控制信号和GPS导航信号，但其处置对象单一，极易影响其 他正常民生活动，并且由于无人机的程序预先设定模式不同，会出现坠落、悬停或返航的不 可预估后果。网式软杀伤拦截技术是一种新型拦截技术，其能在三四百米距离内对可疑目标 实施高精度网式拦截，但拦截范围较小，且柔性网拦截精度受风的影响较大。由此可见，单 体制装备拦截手段无法满足防控需求。因此，需要开展集成柔性网、激光、定向电子干扰等 多种单体制拦截装备，对具有典型威胁模式的“低慢小”目标制定有效的实时联合打击的拦 截手段。而在联合打击过程中，根据部署的拦截装备及来袭目标或目标群制定拦截率高、可 行性强的打击方案决策显得十分重要。

目前在“低慢小”目标的防御作战中，一方面可根据人工经验的方式制定拦截方案，但 这种方式缺少理论推导，同时随着武器类型不断增多、战场范围逐渐扩大或态势演化逐渐复 杂，仅依照指官的经验很难决策可行高效的拦截方案；另一方面可参照现有的武器分配模型 制定打击方案，但现有模型主要致力于解决某特定问题，如舰艇打击、防空反导等，缺少针 对“低慢小”目标，根据激光、无线电、柔性网三种装备特性实时制定联合打击方案的方法。 同时现有方法在建模过程中仅根据“目标位置与拦截装备作战范围的关系”构建约束条件， 因此得到的理论打击方案在实际指挥作战中的可行性较低。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种实时联合打击优化模型的建立方法，技 术方案如下：

一种实时联合打击优化模型的建立方法，所述方法包括：

获取用于建立联合打击优化模型的数据集，所述数据集包括天气环境数据、目标特征数 据、拦截装备数据、目标与拦截装备之间的遮挡关系，所述拦截装备包括激光装备、无线电 装备和柔性网装备；

根据所述数据集中的目标特征数据和所述拦截装备数据，建立每个拦截装备的空间维度 约束；

根据所述数据集中的目标特征数据和所述拦截装备数据，判断目标在拦截装备的防控范 围内的飞行时间与拦截装备响应时间的关系，分别建立各个拦截装备的时间维度约束；

根据所述数据集中的拦截装备数据，建立各个拦截装备的资源维度约束；

根据所述数据集中的天气环境数据，建立各个拦截装备的天气维度约束；

根据所述数据集中目标与拦截装备之间的遮挡关系，建立各个拦截装备与各个目标之间 的环境维度约束；

根据所述空间维度约束、所述时间维度约束、所述资源维度约束、所述天气维度约束以 及所述环境维度约束建立拦截权重因子，根据所述拦截权重因子建立联合打击优化模型。

可选地，每个拦截装备的空间维度约束包括所述拦截装备的水平方向约束、所述拦截装 备的竖直方向约束，其中：

所述拦截装备的水平方向约束为：r

所述拦截装备的竖直方向约束为：r

所述拦截装备的空间维度约束为：

其中，i为装备编号，j为目标编号，d为空间维度标识，

可选地，每个拦截装备的时间维度约束为：

其中，t

目标在所述激光装备拦截范围内通过时间为：

目标在所述无线电装备拦截范围内通过时间为：

目标在所述柔性网装备拦截范围内通过时间为：

其中，s为激光装备与目标的距离，ρ为激光装备与防控中心点的距离，θ为激光装备 与防控中心点连线在水平方向夹角，θ

可选地，每个拦截装备的资源维度约束为：

其中，Z

可选地，每个拦截装备的天气维度约束为：

其中，

可选地，每个拦截装备与各个目标之间的环境维度约束为：

其中，

可选地，所述拦截权重因子为：

其中，&表示与运算，q

可选地，所述联合打击优化模型为：

其中，μ

可选地，在所述根据所述拦截权重因子建立联合打击优化模型之后，所述方法还包括：

根据所述拦截权重因子的数值确定各个拦截装备与各个目标之间形成拦截关系的可行性；

在每个拦截装备可形成拦截关系的目标中随机选取一个目标编号作为所述拦截装备的打 击对象，形成一种打击方案X

可选地，在所述形成N个打击方案组成的决策池XP＝(X

根据所述联合打击优化模型的目标函数分别计算决策池XP中每个打击方案的评价结果 值，按评价结果值的降序对决策池XP中的打击方案进行排序；从排序后的XP中第二个打击 方案起，逐一将每个打击方案与后一打击方案进行重新组合，将重组后的新方案组成新决策 池XP′；

根据所述联合打击优化模型的目标函数分别计算决策池XP和决策池XP′中每个打击方 案的评价结果值并进行降序排序，从排序后的打击方案中选择前N个评价结果值对应的打击 方案替换XP中的打击方案；从替换后的XP中第二个打击方案起，逐一将每个打击方案与后 一打击方案进行重新组合，将重组后的新方案组成新决策池XP″；

将决策池XP″代替决策池XP再次进行上述的迭代操作，直到达到迭代结束条件，所述 迭代结束条件为迭代达到预定迭代次数，或者决策池XP中的第一个打击方案X

可选地，所述从所述决策池XP中第二个打击方案起，逐一将每个打击方案与后一打击 方案进行重新组合，将重组后的新方案组成新决策池XP′，包括：

将打击方案X

基于所述拦截权重因子的数值，判断打击方案X

若符合，则将X

若在K次内均无法生成符合拦截装备与目标拦截关系可行性要求的新方案，则将原方案 X

基于上述技术方案，本申请至少可以实现如下有益效果：

根据来袭目标与拦截装备在空间、时间、资源、天气及环境五个维度的限制条件，引入 装备拦截权重因子对装备作战效能进行约束，并以此构建打击方案优化模型，在模型建立方 面提高了打击方案结果的可行性。

另外，建立了模型求解方法，确保了计算迭代过程始终在符合约束的范围中进行，从而 在模型求解方面提高打击方案结果的可行性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并 与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的实时联合打击优化模型的建立方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时， 除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述 的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书 中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本申请一个实施例中提供的实时联合打击优化模型的建立方法的流程图，本申请 提供的实时联合打击优化模型的建立方法可以包括如下步骤：

步骤101，获取用于建立联合打击优化模型的数据集；

数据集包括天气环境数据、目标特征数据、拦截装备数据、目标与拦截装备之间的遮挡 关系，拦截装备包括激光装备、无线电装备和柔性网装备。

使用地面雷达装置探测获取来袭“低慢小”目标的基本信息，包括距离、速度、方向、 高低角等；通过气象雷达探测拦截装备部署位置的天气环境，包括风速、风向、湿度等；利 用光电设备探测各装备与来袭目标之间的遮挡关系。在大风、强降雨、大雾或夜间等恶劣环 境下，或在敌方实时战或严重电磁干扰条件下，雷达可能性变差或无法正常工作，采用红外 探测捕获目标信息进行补充。同时，探测装置涉及多平台协同，使用高精度时统保证各平台 实现所有探测数据的实时共享；采用先进守时技术使各平台时间同步处于纳秒级。

将数据1：天气环境数据、数据2：目标特征数据、数据3：拦截装备(激光装备、无线电装备及柔性网装备三种类型)数据、数据4：目标与拦截装备之间的遮挡关系，这四组数据建立模型分析数据集，并对目标和装备分别进行编号。

步骤102，根据数据集中的目标特征数据和拦截装备数据，建立每个拦截装备的空间维 度约束；

基于模型分析数据集中目标特征数据和拦截装备数据，建立每个拦截装备空间维度的约 束。

拦截装备的水平方向约束：

r

其中，r

拦截装备的竖直方向约束：

r

其中，r

基于装备在两个方向的约束，综合装备在空间维度约束条件为：

其中，i为装备编号，j为目标编号，d为空间维度标识，

步骤103，根据数据集中的目标特征数据和拦截装备数据，判断目标在拦截装备的防控 范围内的飞行时间与拦截装备响应时间的关系，分别建立各个拦截装备的时间维度约束；

基于模型分析数据集中目标特征数据和拦截装备数据，判断目标在装备防控范围内的飞 行时间与装备响应时间的关系，分别建立激光、无线电及柔性网三种拦截装备时间维度的约 束。

根据“低慢小”目标终点位置与装备拦截范围上限之间的关系，计算目标在激光装备拦 截范围内通过时间：

其中，s为激光装备与“低慢小”目标的距离，ρ为激光装备与防控中心点的距离，θ为 激光装备与防控中心点连线在水平方向夹角，θ

同理，计算“低慢小”目标在无线电装备拦截范围内通过时间：

同理，计算“低慢小”目标在柔性网装备拦截范围内通过时间：

基于以上分析，建立各拦截装备在时间维度约束条件：

其中，t

步骤104，根据数据集中的拦截装备数据，建立各个拦截装备的资源维度约束；

基于模型分析数据集中的拦截装备数据，建立激光、无线电及柔性网三种拦截装备资源 维度的约束。

建立拦截装备的资源约束为：

其中，Z

步骤105，根据数据集中的天气环境数据，建立各个拦截装备的天气维度约束；

基于模型分析数据集中天气环境数据，当风力达到5级以上、空气湿度大于80％或可见 度抵御80％时，激光、无线电及柔性网三种拦截装备的作战效能分别降低30％，以此建立各 拦截装备的天气维度约束：

其中，

步骤106，根据数据集中目标与拦截装备之间的遮挡关系，建立各个拦截装备与各个目 标之间的环境维度约束；

基于模型分析数据集中目标与拦截装备之间的遮挡关系，建立各拦截装备与各目标之间 的环境维度约束，主要包含遮挡关系因素：

其中，

步骤107，根据空间维度约束、时间维度约束、资源维度约束、天气维度约束以及环境 维度约束建立拦截权重因子，根据拦截权重因子建立联合打击优化模型。

建立拦截装备与“低慢小”目标的拦截权重因子：

其中，&表示与运算，q

基于拦截权重因子，建立“低慢小”目标与拦截装备之间的联合打击关系优化模型：

其中，μ

在根据拦截权重因子建立联合打击优化模型之后，使用矩阵X表示装备与目标的拦截关 系(x

根据拦截权重因子的数值确定各个拦截装备与各个目标之间形成拦截关系的可行性 (q

根据联合打击优化模型的目标函数分别计算决策池XP中每个打击方案的评价结果值， 按评价结果值的降序对决策池XP中的打击方案进行排序；从排序后的XP中第二个打击方案 起，逐一将每个打击方案与后一打击方案进行重新组合，将重组后的新方案组成新决策池 XP′；(以方案X

根据联合打击优化模型的目标函数分别计算决策池XP和决策池XP′中每个打击方案的 评价结果值并进行降序排序，从排序后的打击方案中选择前N个评价结果值对应的打击方案 替换XP中的打击方案；从替换后的XP中第二个打击方案起，逐一将每个打击方案与后一打 击方案进行重新组合，将重组后的新方案组成新决策池XP″；(以方案X

将决策池XP″代替决策池XP再次进行上述的迭代操作，直到达到迭代结束条件，迭代 结束条件为迭代达到预定迭代次数，或者决策池XP中的第一个打击方案X

后续，需要对联合打击优化模型进行更新，以实时指定联合打击方案。

基于上一时刻装备目标打击方案及下一时刻探测数据，更新模型分析数据集中的数据， 按照上述过程进行下一时刻打击方案计算，实现“低慢小”目标的实时联合打击。

综上所述，本申请提供的实时联合打击优化模型的建立方法，根据来袭目标与拦截装备 在空间、时间、资源、天气及环境五个维度的限制条件，引入装备拦截权重因子对装备作战 效能进行约束，并以此构建打击方案优化模型，在模型建立方面提高了打击方案结果的可行 性。

另外，建立了模型求解方法，确保了计算迭代过程始终在符合约束的范围中进行，从而 在模型求解方面提高打击方案结果的可行性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施 方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应 性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术 手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请所附的权利要 求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以 在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。