采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度方法和系统，通过建立基于状态演化的有限状态机(FSM)模型并对该模型求解得到防空资源控制任务集，根据任务集，控制制导资源和发射资源执行防空任务，同时，实时监控并评估任务执行过程中扰动类型及强度，并根据扰动类型及强度在原调度计划基础上展开任务重调度。本发明专利技术可以通过合理设计控制变量的取值，精确调整系统状态演化进程来搜索优化任务集，从而实现滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度。

Fleet air defense decision making and automatic dispatching system and method using rolling horizon framework

The invention relates to a fleet air defense decision and automatic scheduling method and system using a rolling time domain framework. By establishing a state evolution based finite state machine (FSM) model and solving the model to get the task set of air defense resource control, according to the task set, the guidance resources and the launching resources are controlled to carry out the air defense task, and at the same time, the air defense task is controlled by the control guidance resources and the launching resources. Real time monitoring and evaluating the type and intensity of disturbance in task execution, and according to the type and intensity of disturbance, the task rescheduling is carried out on the basis of the original scheduling plan. The invention can realize the optimization task set by rationally designing the value of control variables and adjusting the process of the system state evolution to search for the optimization task set, so as to realize the fleet air defense decision and automatic scheduling of the rolling time frame.

【技术实现步骤摘要】
采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度系统与方法
：本专利技术涉及水面舰艇编队多平台协同防空指挥和调度领域，尤其涉及一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度系统与方法。
技术介绍
：水面舰艇编队防空决策与自动化调度控制问题通常被归结于WTA(WeaponTargetAssignment)问题，主要考虑武器与目标的优化匹配，这种处理的合理性在于防空系统中武器通道不可重组。在水面舰艇编队多平台协同防空信息系统(简称MCE)支持下，编队可统一组织调度防空作战资源，针对来袭目标跨平台构建多个涵盖探测、决策、目指、跟踪、发射、制导全过程的武器信息通道对来自空中目标实施抗击，如何优化组织防空作战资源，提高编队协同区域防空能力，成为迫切需要解决的问题。MCE条件下编队协同区域防空需要解决防空通道的组织，以及武器通道与目标的匹配。现有技术中，通过先实现武器与目标的匹配，再围绕武器为其组织信息通道来解决此问题，但基于这种分步优化的策略难以保障决策通道组织与火力分配方案的整体优化。动态调度策略有三种模式，分别是反应式(completelyreactivescheduling)、规划-重调度(predictive-reactivescheduling)及鲁棒性调度(robustpro-reactivescheduling)。协同区域防空资源调度的特点是集中规划、分散实施，考虑到通道组织需要有一定的时间，因此反应式调度虽然具有实时性好的优势，却容易造成“顾此失彼”；防空作战的特点是不确定性和准实时性，与生产过程调度中的不确定性相比，防空作战过程中的不确定性部分源于对抗性；鲁棒性调度适于处理那些能够采用随机变量描述的不确定性因素，如适用于处理方案执行偏差的不确定性，但无法从整体上来解决防空资源的动态调度。综上所述，目前我国在水面舰艇编队多平台协同防空指挥和自动化调度控制方面急需构建统一的动态调度框架，以应对新形势下军事指挥信息化和现代化发展。
技术实现思路
本申请提供了一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度系统与方法，通过合理设计控制变量的取值，通过精确调整系统状态演化进程来搜索优化任务集，从而实现滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度。第一方面，本申请提供了一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度方法，包括以下步骤：(1)场景预测步骤，根据当前状态参数对一段时间内的系统状态进行预测；(2)子过程建模步骤，建立基于状态演化的有限状态机(FSM)模型，并对所述有限状态机模型求解以获得任务集，然后根据所述任务集控制制导资源和发射资源执行防空任务，其中，所述制导资源是用于探测和跟踪目标的资源，所述发射资源是用于实施攻击的资源；(3)重调度决策步骤，通过实时监控并评估任务执行过程中扰动类型及强度，根据扰动类型及强度确定是否需要启动重调度；若确定需要启动重调度，则重新执行步骤(1)-(2)。其中，所述任务集中包括多个打击任务，所述打击任务是发射资源与制导资源组合起来在指定时间利用指定数量弹药对特定目标实施的打击行为。优选地，基于以下方程建立所述有限状态机(FSM)模型：其中上述方程满足以下约束条件：以及在t时刻g同时执行跟踪制导任务的数量不能超过在t时刻制导资源g的最大容量，在t时刻f同时执行打击任务的数量不能超过在t时刻发射资源f的最大容量，某个发射资源计划期内所有任务所耗费的弹药量不能超过其计划期开始时的总载弹量；其中，g为制导资源，f为发射资源，e为目标，a为弹药资源，sijgfet表示子系统(g，f，e)在时刻t处于si.j状态，mgfaet表示任务集中在时刻t的一个任务；|G|、|F|、|A|分别表示计划期内跟踪资源、发射资源、导弹资源的规模，GELge表示由(g,e)参与的制导资源与目标的关联关系G-E关联准备任务的执行时间，GFLgf表示由(g,f)参与的制导资源与发射资源的关联关系G-F关联准备任务的执行时间，GELge和GFLgf均为整数值；ψgfet表示在t时刻是否产生一个Close-GE(g,f,e,t)事件，表示在t时刻是否产生一个Close-GF(g,f,e,t)事件，φgfet表示在t时刻是否产生一个Close-ALL(g,f,e,t)事件，其中，Close-GE(g,f,e,t)事件表示在t时刻仅关闭子系统(g,f,e)的G-E关联，Close-GF(g,f,e,t)事件表示在t时刻仅关闭子系统(g,f,e)的G-F关联，Close-ALL(g,f,e,t)事件表示在t时刻关闭子系统(g,f,e)的所有关联，ψgfet、φgfet、的取值均为0或1；DMAX为所有Lgfe、GELge、GFLgf中的最大值，其中Lgfe为执行目标打击任务的时长。优选地，对所述有限状态机(FSM)模型求解以获得任务集具体为：通过非线性逻辑函数与线性逻辑不等式组合的等价转换方式将所述有限状态机(FSM)模型线性化之后进行再进行求解。优选地，所述扰动类型包括执行时间扰动、目标状态扰动和资源状态扰动；其中，所述目标状态扰动包括目标生存状态变化、目标威胁等级变化以及新增目标；所述资源状态扰动包括资源短暂故障及资源长期故障。第二方面，本申请还提供了一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度系统，包括以下模块：场景预测模块，用于根据当前状态参数对一段时间内的系统状态进行预测；子过程建模模块，用于建立基于状态演化的有限状态机(FSM)模型，并对所述有限状态机模型求解以获得任务集，根据所述任务集控制制导资源和发射资源执行防空任务，其中所述制导资源是用于探测和跟踪目标的资源，所述发射资源是用于实施攻击的资源，；重调度决策模块，通过实时监控并评估任务执行过程中扰动类型及强度，根据扰动类型及强度确定是否需要启动重调度；若确定需要启动重调度，则调用所述场景预测模块和子过程建模模块以重新执行场景预测及子过程建模。附图说明图1是任务执行过程的总体时序图；图2是给定任务m的执行过程示意图；图3是任务执行过程中的关联状态演化路径示意图；图4是由给定三元组(g,f,e)定义的子系统在t时刻状态演化FSM模型示意图；图5是简化的状态演化FSM模型示意图；图6是面向可行调度方案的0-1差分FSM模型示意图具体实施方式现在将参照附图详细说明本专利技术构思的特定实施例。首先，针对本专利技术中使用的术语的含义定义如下：资源：指的是参与到防空任务过程中的各类设备实体，包括三个类别：用于探测和跟踪目标的资源，例如监测雷达、制导雷达等，由于协同防空主要针对舰空导弹的打击形式，因此本方案中将这类资源称为“制导资源”；用于实施攻击的资源，主要是舰空导弹，因此本方案中将这类资源称为“发射资源”；作为打击目标的资源主要是敌方飞行器，在本方案中称为“目标资源”，或者在不发生歧义的情况下简称“目标”。任务：一个协同防空任务指的是针对目标资源所制定的具有相对独立性的一次完整打击过程，其中包括了对监测、定位、制导、武器发射、观效等过程的执行时间、协同方式、打击强度、评判准则等参数的给定。通道：基于任务中给定的具体参数值，可以针对特定目标在制导资源、发射资源打击强度3者上形成一个控制逻辑或者通讯上的联合体，这个联合体称为一个“通道”，是发起防空打击的抽象主体，也是本方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)场景预测步骤，根据当前状态参数对一段时间内的系统状态进行预测；(2)子过程建模步骤，建立基于状态演化的有限状态机模型，并对所述有限状态机模型求解以获得任务集，然后根据所述任务集控制制导资源和发射资源执行防空任务，其中，所述制导资源是用于探测和跟踪目标的资源，所述发射资源是用于实施攻击的资源；(3)重调度决策步骤，通过实时监控并评估任务执行过程中扰动类型及强度，根据扰动类型及强度确定是否需要启动重调度；若确定需要启动重调度，则重新执行步骤(1)‑(2)。

【技术特征摘要】
1.一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动化调度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)场景预测步骤，根据当前状态参数对一段时间内的系统状态进行预测；(2)子过程建模步骤，建立基于状态演化的有限状态机模型，并对所述有限状态机模型求解以获得任务集，然后根据所述任务集控制制导资源和发射资源执行防空任务，其中，所述制导资源是用于探测和跟踪目标的资源，所述发射资源是用于实施攻击的资源；(3)重调度决策步骤，通过实时监控并评估任务执行过程中扰动类型及强度，根据扰动类型及强度确定是否需要启动重调度；若确定需要启动重调度，则重新执行步骤(1)-(2)。2.如权利要求1所述的舰队防空决策与自动化调度方法，其特征在于：所述任务集中包括多个打击任务，所述打击任务是发射资源与制导资源组合起来在指定时间利用指定数量弹药对特定目标实施的打击行为。3.如权利要求2所述的舰队防空决策与自动化调度方法，其特征在于：所述建立基于状态演化的有限状态机模型具体为：根据以下状态转移方程建立所述有限状态机模型：其中上述方程满足以下约束条件：以及，在t时刻g同时执行跟踪制导任务的数量不能超过在t时刻制导资源g的最大容量，在t时刻f同时执行打击任务的数量不能超过在t时刻发射资源f的最大容量，某个发射资源计划期内所有任务所耗费的弹药量不能超过其计划期开始时的总载弹量；其中，g为制导资源，f为发射资源，e为目标，a为弹药资源，sijgfet表示子系统(g，f，e)在时刻t处于si.j状态，mgfaet表示任务集中在时刻t的一个任务；|G|、|F|、|A|分别表示计划期内跟踪资源、发射资源、导弹资源的规模，GELge表示由(g,e)参与的制导资源与目标的关联关系G-E关联准备任务的执行时间，GFLgf表示由(g,f)参与的制导资源与发射资源的关联关系G-F关联准备任务的执行时间，GELge和GFLgf均为整数值；ψgfet表示在t时刻是否产生一个Close-GE(g,f,e,t)事件，表示在t时刻是否产生一个Close-GF(g,f,e,t)事件，φgfet表示在t时刻是否产生一个Close-ALL(g,f,e,t)事件，其中，Close-GE(g,f,e,t)事件表示在t时刻仅关闭子系统(g,f,e)的G-E关联，Close-GF(g,f,e,t)事件表示在t时刻仅关闭子系统(g,f,e)的G-F关联，Close-ALL(g,f,e,t)事件表示在t时刻关闭子系统(g,f,e)的所有关联，ψgfet、φgfet、的取值均为0或1；DMAX表示所有的工作执行时间参量中的最大值。4.如权利要求3所述的舰队防空决策与自动化调度方法，其特征在于：对所述有限状态机模型求解以获得任务集具体为：通过非线性逻辑函数与线性逻辑不等式组合的等价转换方式将所述有限状态机模型线性化之后进行再进行求解。5.如权利要求1所述的舰队防空决策与自动化调度方法，其特征在于：所述扰动类型包括执行时间扰动、目标状态扰动和资源状态扰动；其中，所述目标状态扰动包括目标生存状态变化、目标威胁等级变化以及新增目标；所述资源状态扰动包括资源短暂故障及资源长期故障。6.一种采用滚动时域框架的舰队防空决策与自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：史红权，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军大连舰艇学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21