劉樹衎,王航宇,盧發(fā)興

(海軍工程大學(xué),湖北武漢　430033)

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多枚反艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊在線目標(biāo)分配

劉樹衎,王航宇,盧發(fā)興

(海軍工程大學(xué),湖北武漢430033)

摘要:針對反艦導(dǎo)彈群協(xié)同打擊在線目標(biāo)分配問題,在多枚導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋攻擊的基礎(chǔ)上,建立多枚導(dǎo)彈在線目標(biāo)分配模型,通過導(dǎo)彈與導(dǎo)彈之間的即時數(shù)據(jù)交互能力實現(xiàn)多彈協(xié)同攻擊在線目標(biāo)分配。

關(guān)鍵詞:多反艦導(dǎo)彈;協(xié)同攻擊;目標(biāo)分配

修回日期： 2015-11-25

王航宇(1965-),男,教授,博士生導(dǎo)師。

盧發(fā)興(1974-),男,博士,副教授。

隨著反艦導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展,多枚導(dǎo)彈協(xié)同打擊已經(jīng)成為未來對中遠(yuǎn)程運(yùn)動目標(biāo)實施精確打擊的主要作戰(zhàn)樣式,通過對航路進(jìn)行規(guī)劃,將各自的末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面聯(lián)合起來形成更寬的搜索帶[1-4],協(xié)同若干枚導(dǎo)彈實現(xiàn)區(qū)域覆蓋平行搜索,在現(xiàn)代海戰(zhàn)當(dāng)中,敵目標(biāo)信息的不確定和老化導(dǎo)致初始的目標(biāo)分配不合理,大大增加了導(dǎo)彈的航路規(guī)劃的難度和航路成本,降低了多枚導(dǎo)彈對目標(biāo)實現(xiàn)飽和攻擊的可能性。所以需要對多枚導(dǎo)彈協(xié)同攻擊的在線目標(biāo)分配問題進(jìn)行研究。

目前,針對多平臺武器火力分配(WTA)問題已經(jīng)有了很多研究,如采用遺傳算法、蟻群算法、禁忌搜索算法等[5],但是對于在線的多枚導(dǎo)彈目標(biāo)分配問題研究較少。在線目標(biāo)分配分為“人在回路”和“領(lǐng)彈-協(xié)同彈”兩種方式,相比較而言,“人在回路”的在線目標(biāo)分配與離線目標(biāo)分配同樣存在著目標(biāo)精度差,目標(biāo)分配不及時等問題,所以本文主要針對“領(lǐng)彈-協(xié)同彈”的多枚反艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊在線目標(biāo)分配問題研究。

1多枚導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋攻擊模型

多枚導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋射擊搜索方法主要分為平行搜索方法和機(jī)動搜索方法,通過多彈協(xié)同搜索,擴(kuò)大導(dǎo)彈搜索扇面,提高導(dǎo)彈群的搜索能力。

兩枚反艦導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋平行搜索示意圖如圖1所示:

圖1　雙彈區(qū)域覆蓋平行搜索

圖1中,原點O為目標(biāo)散布中心,OA和OB分別為兩枚導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)點,b表示導(dǎo)彈導(dǎo)引頭搜索視場角半錐角,S為目標(biāo)機(jī)動距離。

三枚反艦導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋平行搜索示意圖如圖2所示。四枚反艦導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋平行搜索示意圖如圖3所示。

圖2　三彈區(qū)域覆蓋平行搜索

圖3　四彈區(qū)域覆蓋平行搜索

與傳統(tǒng)的單發(fā)或兩枚齊射的反艦作戰(zhàn)樣式相比,多枚反艦導(dǎo)彈齊射并進(jìn)行平行搜索能夠在較大程度上提高對目標(biāo)的捕捉概率。

2多彈協(xié)同攻擊目標(biāo)分配模型

在上面提出的多枚反艦導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋射擊方案的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)對目標(biāo)的飽和攻擊,需要滿足時間協(xié)同、空間協(xié)同以及頻率協(xié)同(有伴飛誘餌時,同時需要滿足伴飛誘餌協(xié)同)等條件。

反艦導(dǎo)彈發(fā)射前的目標(biāo)分配重點是根據(jù)敵我火力配備確定導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量,當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射后,彈藥消耗量已經(jīng)確定,為了應(yīng)對時刻變化的戰(zhàn)場態(tài)勢,需要在線進(jìn)行目標(biāo)的再次分配,目的是極大化目標(biāo)毀傷價值,使作戰(zhàn)費(fèi)效比降到最低。

當(dāng)某一時刻,領(lǐng)彈群中的某一枚導(dǎo)彈發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,通過數(shù)據(jù)鏈將目標(biāo)信息分發(fā)至從彈群中的其他導(dǎo)彈,開始進(jìn)行目標(biāo)分配,目標(biāo)分配時需要避免彈道交叉,所以采取對每一個目標(biāo)平均分配從彈的方式,目標(biāo)分配模型如圖4所示。

圖4　平行搜索目標(biāo)分配模型

初始條件如下:反艦導(dǎo)彈群均以Vw的速度進(jìn)行勻速直線飛行航向為Cwc,海面目標(biāo)T1,T2,…TN的初始坐標(biāo)為(xmcn,ymcn),航速為Vmn,航向為Cmn,n=1,2,…N。

在每一個時刻t,對于目標(biāo)坐標(biāo)(xt,i,yt,i),i∈Γ與導(dǎo)彈坐標(biāo)(xm,j,ymj),j∈Ω。求取目標(biāo)中心：

(1)

以及目標(biāo)散布協(xié)方差矩陣：

(2)

正交化D(xt,i,yt,i)T,即

(3)

(4)

(5)

進(jìn)行目標(biāo)分配:

j∈Ω;

6)分配γ給第η個目標(biāo),若分配給第η個目標(biāo)的導(dǎo)彈數(shù)量達(dá)到nη,則用Γ-{η}替換Γ并重復(fù)步驟2)～6),直至所有導(dǎo)彈被分配完畢。

3多彈協(xié)同攻擊在線目標(biāo)分配實現(xiàn)

假設(shè)在領(lǐng)彈群發(fā)現(xiàn)目標(biāo)信息后,通過數(shù)據(jù)鏈將已發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)指示數(shù)據(jù)實時傳送給后續(xù)從彈,目標(biāo)指示信息如圖5所示,根據(jù)以上目標(biāo)分配模型,立刻對導(dǎo)彈協(xié)同攻擊群進(jìn)行目標(biāo)分配,并實時根據(jù)更新后的目標(biāo)信息對各枚導(dǎo)彈進(jìn)行目標(biāo)重分配。

圖5　目標(biāo)和導(dǎo)彈實時位置信息

假設(shè)從彈群發(fā)射了16枚反艦導(dǎo)彈實施協(xié)同攻擊,導(dǎo)彈和目標(biāo)的相對位置實時關(guān)系如圖5所示,可以發(fā)現(xiàn)目前在t1時刻探測平臺共發(fā)現(xiàn)了5個敵目標(biāo),根據(jù)目標(biāo)在線分配模型,對各枚反艦導(dǎo)彈進(jìn)行目標(biāo)分配可得到圖6的結(jié)果。

圖6　t1時刻在線目標(biāo)分配結(jié)果

在飛行一段時間后,在t2時刻,前出探測平臺(領(lǐng)彈群)發(fā)現(xiàn)了一個新增敵目標(biāo),從彈群重新分配打擊目標(biāo),如圖7所示。

圖7　t2時刻在線目標(biāo)分配結(jié)果

經(jīng)過第一輪領(lǐng)彈群的試探打擊,在t3時刻由于敵目標(biāo)已被摧毀或者發(fā)現(xiàn)假目標(biāo)導(dǎo)致敵目標(biāo)消失2個,變?yōu)?個敵目標(biāo),此時從彈群立刻重新分配打擊目標(biāo),如圖8所示。

圖8　t3時刻在線目標(biāo)分配結(jié)果

由于前出平臺(領(lǐng)彈群)已失去預(yù)警探測功能,后續(xù)打擊過程依靠多枚反艦導(dǎo)彈的協(xié)同航路規(guī)劃進(jìn)行展開,對較為精確的敵目標(biāo)實施協(xié)同飽和攻擊。

4結(jié)束語

多枚導(dǎo)彈編隊攻擊,是未來海戰(zhàn)場上將重點發(fā)展的反艦作戰(zhàn)形式,其優(yōu)勢在于同時發(fā)動攻擊的導(dǎo)彈數(shù)量多,擴(kuò)大了導(dǎo)引頭搜索區(qū)域,能夠?qū)?zhàn)前捕捉到的目標(biāo)概略信息進(jìn)一步細(xì)化,減少搜索盲區(qū)。如果沒有好的目標(biāo)分配策略,可能會造成彈道交叉,進(jìn)而導(dǎo)致相互碰撞,也可能由于路徑規(guī)劃不合理,使攻擊時間較長,給敵方艦艇留下較多時間進(jìn)行防空準(zhǔn)備,最后作戰(zhàn)任務(wù)失敗。尤其是戰(zhàn)場態(tài)勢時刻在發(fā)生變化,打擊前所進(jìn)行的規(guī)劃準(zhǔn)備在打擊過程中有可能因時效性而不再適用,因此,反艦導(dǎo)彈的在線目標(biāo)分配與航路規(guī)劃顯得更加重要。

本文根據(jù)多枚導(dǎo)彈區(qū)域覆蓋射擊的基本模型對多枚導(dǎo)彈在線目標(biāo)分配問題進(jìn)行了研究,建立了多枚導(dǎo)彈協(xié)同攻擊目標(biāo)分配模型,并以時間變化為軸,實現(xiàn)了多彈在線目標(biāo)分配,將即時作戰(zhàn)資源最大化調(diào)動。

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Online Target Assignment for Cooperative Attack of Anti-ship of Multiple Missiles

LIU Shu-kan, WANG Hang-yu, LU Fa-xing

(Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

Abstract:Aimming at the problem of online target assignment of anti-ship missile group cooperative attack, and on the basis of multi-missile area coverage attack, the online target assignment model of multi-missile is established which realized online target assignment of multi-missile coordinated attack by instant data interaction between missile and missile.

Key words:anti-ship of multi-missile; cooperative attack; target assignment

作者簡介：劉樹衎(1989-),男,湖北武漢人，博士研究生,研究方向為艦載反艦導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)。

收稿日期：2015-09-02

中圖分類號:TJ761.14；E911

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.01.009

文章編號：1673-3819(2016)01-0038-03