【摘要】：面對(duì)逐漸完善的陸、海、空、天、網(wǎng)電綜合一體化防御體系,單枚導(dǎo)彈的突防變得十分困難。在這種環(huán)境下,突防能力躍升為衡量導(dǎo)彈優(yōu)劣的核心技術(shù)指標(biāo),引起了武器裝備研制單位的高度重視。導(dǎo)彈編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)因具有良好的魯棒性和隱蔽性被認(rèn)為是信息化條件下提高導(dǎo)彈突防能力的有效手段,同時(shí)還兼具對(duì)大型目標(biāo)的毀傷能力,其研究水平直接制約著新一代導(dǎo)彈裝備的發(fā)展。因此,如何提高信息化條件下導(dǎo)彈編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)能力是目前急需解決的問(wèn)題。本文提出導(dǎo)彈編隊(duì)協(xié)同突防-攻擊一體化概念,旨在能量消耗最省前提下提高導(dǎo)彈編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)過(guò)程中的協(xié)同突防及目標(biāo)打擊能力。并圍繞導(dǎo)彈編隊(duì)的協(xié)同一體化作戰(zhàn),研究基于MSDE的高效協(xié)同一體化隊(duì)形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、基于改進(jìn)粒子濾波的精確協(xié)同探測(cè)方法、以及可以提高編隊(duì)成員固有機(jī)動(dòng)能力的基于增量動(dòng)態(tài)逆的直氣復(fù)合控制方式,并在其基礎(chǔ)上,基于CVP-GA和hp-RMP方法解決編隊(duì)成員在不同攻擊任務(wù)需求下的突防-攻擊一體化最優(yōu)控制問(wèn)題,為信息化條件下編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)效能的提升及其工程實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。論文的主要研究工作如下:設(shè)計(jì)兼顧協(xié)同突防與攻擊能力的導(dǎo)彈編隊(duì)隊(duì)形,為后續(xù)導(dǎo)彈編隊(duì)的協(xié)同探測(cè)、協(xié)同突防-攻擊一體化提供隊(duì)形參數(shù)。研究從編隊(duì)隊(duì)形的參數(shù)表征方法和參數(shù)的性能限制出發(fā),并基于層次分析法、模糊三角數(shù)法、及工程經(jīng)驗(yàn)分析隊(duì)形參數(shù)對(duì)編隊(duì)協(xié)同突防-攻擊一體化作戰(zhàn)效能指標(biāo)的影響。為了提高隊(duì)形參數(shù)優(yōu)化的速度,引入模糊評(píng)價(jià)法縮減優(yōu)化變量的個(gè)數(shù)及取值范圍,并基于均值漂移的差分演化算法得到一種適合編隊(duì)協(xié)同突防-攻擊一體化的編隊(duì)隊(duì)形。該編隊(duì)隊(duì)形除滿足彈間通信、編隊(duì)成員的飛行限制外,還在協(xié)同探測(cè)時(shí)具有良好的跟蹤精度,協(xié)同突防時(shí)具有足夠的機(jī)動(dòng)空間,協(xié)同攻擊時(shí)能對(duì)目標(biāo)造成較大的毀傷能力。為提高編隊(duì)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的感知能力,研究導(dǎo)彈編隊(duì)協(xié)同探測(cè)后對(duì)攔截彈、目標(biāo)的跟蹤估計(jì)問(wèn)題。首先針對(duì)存在多枚攔截導(dǎo)彈或多個(gè)打擊目標(biāo)的情況,基于聚類(lèi)思想,并通過(guò)改進(jìn)關(guān)聯(lián)順序完成編隊(duì)對(duì)多探測(cè)目標(biāo)的快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),為編隊(duì)對(duì)攔截導(dǎo)彈/目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)提供前提條件。目標(biāo)成功關(guān)聯(lián)后,采用基于改進(jìn)的粒子濾波方法和加權(quán)融合算法完成對(duì)該目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì),為編隊(duì)的協(xié)同突防-攻擊提供準(zhǔn)確的攔截彈或打擊目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息。為提高編隊(duì)成員的固有機(jī)動(dòng)能力,將直接力系統(tǒng)引入編隊(duì)成員,并建立編隊(duì)成員的控制模型,為后續(xù)編隊(duì)成員控制系統(tǒng)響應(yīng)參數(shù)的設(shè)定提供理論依據(jù)。在現(xiàn)有編隊(duì)成員的氣動(dòng)布局基礎(chǔ)上完成直接力系統(tǒng)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立,并基于增量動(dòng)態(tài)逆和指令分配思想設(shè)計(jì)姿控式復(fù)合控制器,該復(fù)合控制器相對(duì)于純氣動(dòng)控制器具有較快的制導(dǎo)指令響應(yīng)時(shí)間。為保障編隊(duì)成員機(jī)動(dòng)突防成功后仍具有目標(biāo)打擊能力,基于最優(yōu)控制理論研究編隊(duì)成員主動(dòng)反攔截機(jī)動(dòng)突防制導(dǎo)指令的設(shè)計(jì)方法。在編隊(duì)對(duì)攔截導(dǎo)彈和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)獲得精確估計(jì)的前提下,基于作戰(zhàn)幾何優(yōu)勢(shì)制定編隊(duì)協(xié)同突防策略,用于指導(dǎo)編隊(duì)成員主動(dòng)反攔截機(jī)動(dòng)突防最優(yōu)控制模型的建立,并基于控制變量參數(shù)化方法和路徑約束離散化方法得到突防時(shí)機(jī)給定條件下編隊(duì)成員制導(dǎo)指令的數(shù)值解。為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)突防時(shí)機(jī)及制導(dǎo)指令的同時(shí)求解,提出一種基于控制變量參數(shù)化的混合遺傳算法(CVP-GA),用以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)成員的自主反攔截機(jī)動(dòng)突防。為保障導(dǎo)彈編隊(duì)在協(xié)同突防后仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的時(shí)間/角度協(xié)同攻擊效果,開(kāi)展編隊(duì)協(xié)同突防-攻擊一體化最優(yōu)控制研究。基于編隊(duì)協(xié)同突防-攻擊一體化作戰(zhàn)策略及模塊化建模思想進(jìn)行編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的任務(wù)分解和各階段約束模型的建立,并通過(guò)設(shè)計(jì)階段連續(xù)性約束模型實(shí)現(xiàn)對(duì)不同策略分支的適應(yīng)。在其基礎(chǔ)上,建立編隊(duì)多階段最優(yōu)控制模型,并基于改進(jìn)的多階段偽譜法完成制導(dǎo)指令的數(shù)值求解,實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同突防-攻擊一體化時(shí)間最優(yōu)控制。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TJ765
【圖文】：

第 1 章 緒論評(píng)估等功能[3]。其作戰(zhàn)過(guò)程如圖 1-1 所示。蘇聯(lián)海軍在 20 世紀(jì) 70 年代針對(duì)美航空母艦編隊(duì)制訂了飽和攻擊戰(zhàn)術(shù)，并經(jīng)過(guò)十年的建設(shè)形成了飽和攻擊作戰(zhàn)體系。之后，為了進(jìn)一步提升協(xié)同攻擊的效果，又提出了領(lǐng)彈協(xié)同作戰(zhàn)模式，利用其自身配置的先進(jìn)設(shè)備，聯(lián)合其他探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建更加完備的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，為從彈提供實(shí)時(shí)修正的目標(biāo)數(shù)據(jù)及攻擊指令。1983 年服役的花崗巖（SS-N-19）是導(dǎo)彈協(xié)同攻擊的早期代表，可進(jìn)行遠(yuǎn)程、超聲速、掠海飛行，并具有打擊、指揮、通信等多用途，被譽(yù)為信息化和智能化導(dǎo)彈的先驅(qū)。一般采用領(lǐng)-從彈的高低搭配方式，領(lǐng)彈在高空通過(guò)自身探測(cè)裝置及衛(wèi)星、戰(zhàn)術(shù)鏈等傳輸?shù)男畔⑷诤细兄繕?biāo)數(shù)據(jù)，并基于彈間數(shù)據(jù)鏈完成目標(biāo)數(shù)據(jù)到從彈的傳輸，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的協(xié)同攻擊效果。該編隊(duì)中還配置多枚備用領(lǐng)彈，用以取代被攔截的領(lǐng)彈，提高了編隊(duì)的魯棒性。

第 2 章 基于 MSDE 的協(xié)同突防-攻擊一體化隊(duì)形設(shè)計(jì)MSDE 和 DE 具有非常接近的平均目標(biāo)函數(shù)值。圖 2-9 中的現(xiàn)象表明，相對(duì)于 DE，MSDE 具有明顯高效的搜索效率�？傊�，經(jīng)過(guò)圖 2-8 和 2-9 的分析表明，在求解1 12f f測(cè)試題時(shí)，MSDE 算法相對(duì)于 DE 算法具有更為良好的性能。同時(shí)也說(shuō)明，基于 MS 的搜索算子的確極大地提高了 DE 算法的性能。

- 30 -圖 2-9 經(jīng)過(guò) 25 次獨(dú)立運(yùn)算，MSDE 和 DE 對(duì)于1 12f f獲得的最佳目標(biāo)函數(shù)值的平均值的演化曲線Fig.2-9 The evolution curve of the average of objective function value using MSDE and DE after 25independent operation2.4.4 基于 MSDE 的編隊(duì)隊(duì)形優(yōu)化算法2.4.4.1 編碼演化算法中優(yōu)化變量通常采用二進(jìn)制或十進(jìn)制兩種編碼形式。二進(jìn)制編碼在交叉、變異時(shí)操作簡(jiǎn)單，因此具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)變量的數(shù)值范圍較大或變量個(gè)數(shù)過(guò)多時(shí)，容易造成染色體長(zhǎng)度過(guò)大，占用大量存儲(chǔ)空間且需要消耗較長(zhǎng)解碼時(shí)間。由于編隊(duì)規(guī)模的不確定，因此，本文采取十進(jìn)制方式表示編隊(duì)信息。

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