信息与火力一体化任务规划方法技术

本发明专利技术提供了一种信息与火力一体化任务规划方法，按下述步骤实现：一、获取和计算支持任务规划的相关信息；二、建立火力拦截任务规划模型；三、求解火力拦截任务规划模型，形成火力拦截任务子方案，提出对信息获取任务的要求；四、建立信息获取任务规划模型；五、求解信息获取任务规划模型，形成信息获取任务子方案；六、生成信息‑火力协同任务方案。本发明专利技术提出的方法通过对传感器的信息获取任务和武器的火力拦截任务进行一体化规划，能够提高任务规划的效率，高效利用传感器和武器资源。

【技术实现步骤摘要】
信息与火力一体化任务规划方法
本专利技术涉及武器系统
，具体地，涉及一种信息与火力一体化任务规划方法。尤其地，涉及一种多部传感器与多部武器对多目标协同交战的信息-火力一体化任务规划方法。
技术介绍
随着网络化作战、分布式防御等作战概念的提出和发展，传统的以平台为中心的武器系统正向分布式武器系统发展，原有的传感器-武器紧耦合关系(即一部传感器只为特定的武器提供信息、且通常与这些武器部署在一起)将会被打破，通过网络化集成，根据任务需要动态匹配传感器与武器，形成更灵活、更具弹性、可分散部署的网络化武器系统。传感器与武器匹配模式的改变使得作战资源分配和任务规划的复杂程度大大增加，传统的武器-目标分配方法无法解决网络化武器系统的“传感器-武器-目标”匹配以及任务规划问题，因此需要开展信息-火力一体化任务规划方法研究，为网络化武器系统制定最佳的“传感器-武器-目标”匹配方案以及协同交战时序。目前，关于信息-火力一体化作战相关问题的文献很少，主要是对作战模式(史亚军等，信息火力一体化作战研究[J]，网络与信息技术，2008)、炮兵目标选择和排序(鄂闯等，炮兵作战信息火力一体化目标选择与排序研究[J]，舰船电子工程，2011)、侦察卫星与海上作战平台的信息火力融合式作战过程(彭耿等，侦察卫星支援对海打击作战研究[J]，指挥控制与仿真，2017)等进行研究，未查询到关于信息-火力一体化任务规划相关的文献。专利文献CN109255491B(申请号：201811160508.2)提供了一种多型防空武器的协同防空任务规划方法及系统，依据多型防空武器的性能指标和空中目标的航迹，估计各武器对各目标的拦截起始时刻、拦截结束时刻、拦截次数，确定各类约束条件，采用数值优化算法，在受约束的情况下规划多个武器对多个目标的拦截时序，得到以“时间段-武器-目标”对应关系表示的协同防空任务，达到最佳的拦截作战效果。本专利技术适用于多型防空武器的作战任务规划、指挥辅助决策、作战能力评估等。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种信息与火力一体化任务规划方法。根据本专利技术提供的一种信息与火力一体化任务规划方法，包含以下步骤：步骤S1：获取支持任务规划的相关信息；步骤S2：根据获取的支持任务规划的相关信息，建立火力拦截任务规划模型，包括第一优化变量、第一约束条件、第一优化目标：步骤S3：求解前述火力拦截任务规划模型，得到目标与防空武器配对、对各目标的交战时段，形成火力拦截任务子方案，依据对各目标的交战时段以及交战准备时间计算对各目标的期望探测时段；步骤S4：建立信息获取任务规划模型，包括第二优化变量、第二约束条件、第二优化目标：步骤S5：求解前述信息获取任务规划模型，得到目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段，形成信息获取任务子方案；步骤S6：结合火力拦截任务子方案和信息获取任务子方案，生成信息-火力协同任务方案，完成信息与火力一体化任务规划。优选地，所述支持任务规划的相关信息包括：空中目标数量、传感器目标通道数量、防空武器数量、估计各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻、估计各防空武器对各目标的起始交战时刻和终止交战时刻、估计各防空武器对各目标的射击次数、各防空武器的交战准备时间、各防空武器可射击的目标数量、对各目标的期望射击次数。优选地，所述第一优化变量为目标与防空武器配对，具体指：将某个目标分配给某个武器射击，即构成了目标与武器的配对关系；所述第一约束条件包括：为各防空武器分配的目标应是该武器可射击的目标；为各防空武器分配的目标数不超过该武器可射击的目标数；对各目标都应分配一部防空武器进行射击；对各目标分配的防空武器，其对目标的射击次数应不小于规定次数；所述第一优化目标为对各目标的射击有利程度最大；所述有利程度指：对目标的拦截次数越多越有利，对目标的拦截时间越早越有利；所述第二优化变量为目标与传感器目标通道配对；第二约束条件包括：为各传感器目标通道分配的目标应是该传感器可探测的目标；为各传感器目标通道分配的目标不超过一个；对各目标都分配传感器目标通道进行探测；对各目标的起始探测时刻不晚于对该目标的期望探测时段起始时刻；对各目标的探测时段应连续；所述第二优化目标为对各目标的探测时段最大程度覆盖其期望探测时段。优选地，所述步骤S5包括：步骤S501：求解前述信息获取任务规划模型，得到初始的目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段；步骤S502：检查对各目标的探测时段是否完全覆盖其期望探测时段；若是，则形成信息获取任务子方案，结束步骤S5，进入步骤S6；否则，进入步骤S503；步骤S503：对未完全覆盖期望探测时段的目标，更新所述信息获取任务规划模型中的目标数、期望探测时段，重新求解新的信息获取任务规划模型，得到新的目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段，将已有的目标与传感器目标通道配对、对各目标的探测时段分别合并，返回步骤S502。优选地，所述步骤1中，所述空中目标数量设为m，传感器目标通道数量设为n，防空武器数量设为p，估计第i个传感器目标通道对第k个目标的起始探测时刻设为tST0ik、终止探测时刻设为tSTfik，估计第j个防空武器对第k个目标的起始交战时刻设为tFT0jk、终止交战时刻设为tFTfjk，估计第j个防空武器对第k个目标的射击次数nFTjk，各防空武器的交战准备时间tFPj，各防空武器可射击的目标数量nFRj，对各目标的期望射击次数nTEk，其中tST0ik＝tSTfik＝-1代表第i个传感器目标通道无法探测第k个目标，tFT0jk＝tFTfjk＝-1代表第j个防空武器无法拦截第k个目标；设置n×m维矩阵TST0、TSTf，p×m维矩阵TFT0、TFTf、NFT，p维行向量TFP，p维列向量NFR，m维行向量NTE；TFP＝[tFP1…tFPp]，NTE＝[nTE1…nTEm]。优选地，所述步骤S2中，所述第一目标与防空武器配对表示为p×m维矩阵DF：其元素dFjk＝0或1，dFjk＝1代表分配第j个防空武器射击第k个目标，dFjk＝0代表不分配第j个防空武器射击第k个目标；所述为各防空武器分配的目标应是该武器可射击的目标表示为：-DF*TFT0≤0pm，其中，算子*代表两个同维矩阵或向量的相同行与列的元素相乘，0pm为p×m维零矩阵；所述为各防空武器分配的目标数不超过该武器可射击的目标数表示为：DF·Im1-NFR≤0p1，式中，Im1为m维单位列向量，0p1为p维零列向量；所述对各目标都应分配一部防空武器进行射击表示为：I1p·DF-I1m＝01m，式中，I1p为p维单位行向量，I1m为m维单位行向量，01m为m维零行向量；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，包含以下步骤：/n步骤S1：获取支持任务规划的相关信息；/n步骤S2：根据获取的支持任务规划的相关信息，建立火力拦截任务规划模型，包括第一优化变量、第一约束条件、第一优化目标：/n步骤S3：求解前述火力拦截任务规划模型，得到目标与防空武器配对、对各目标的交战时段，形成火力拦截任务子方案，依据对各目标的交战时段以及交战准备时间计算对各目标的期望探测时段；/n步骤S4：建立信息获取任务规划模型，包括第二优化变量、第二约束条件、第二优化目标：/n步骤S5：求解前述信息获取任务规划模型，得到目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段，形成信息获取任务子方案；/n步骤S6：结合火力拦截任务子方案和信息获取任务子方案，生成信息-火力协同任务方案，完成信息与火力一体化任务规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1：获取支持任务规划的相关信息；
步骤S2：根据获取的支持任务规划的相关信息，建立火力拦截任务规划模型，包括第一优化变量、第一约束条件、第一优化目标：
步骤S3：求解前述火力拦截任务规划模型，得到目标与防空武器配对、对各目标的交战时段，形成火力拦截任务子方案，依据对各目标的交战时段以及交战准备时间计算对各目标的期望探测时段；
步骤S4：建立信息获取任务规划模型，包括第二优化变量、第二约束条件、第二优化目标：
步骤S5：求解前述信息获取任务规划模型，得到目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段，形成信息获取任务子方案；
步骤S6：结合火力拦截任务子方案和信息获取任务子方案，生成信息-火力协同任务方案，完成信息与火力一体化任务规划。


2.根据权利要求1所述的一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，所述支持任务规划的相关信息包括：
空中目标数量、传感器目标通道数量、防空武器数量、估计各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻、估计各防空武器对各目标的起始交战时刻和终止交战时刻、估计各防空武器对各目标的射击次数、各防空武器的交战准备时间、各防空武器可射击的目标数量、对各目标的期望射击次数。


3.根据权利要求1所述的一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，所述第一优化变量为目标与防空武器配对，具体指：将某个目标分配给某个武器射击，即构成了目标与武器的配对关系；
所述第一约束条件包括：
为各防空武器分配的目标应是该武器可射击的目标；
为各防空武器分配的目标数不超过该武器可射击的目标数；
对各目标都应分配一部防空武器进行射击；
对各目标分配的防空武器，其对目标的射击次数应不小于规定次数；
所述第一优化目标为对各目标的射击有利程度最大；
所述有利程度指：对目标的拦截次数越多越有利，对目标的拦截时间越早越有利；
所述第二优化变量为目标与传感器目标通道配对；
第二约束条件包括：
为各传感器目标通道分配的目标应是该传感器可探测的目标；
为各传感器目标通道分配的目标不超过一个；
对各目标都分配传感器目标通道进行探测；
对各目标的起始探测时刻不晚于对该目标的期望探测时段起始时刻；
对各目标的探测时段应连续；
所述第二优化目标为对各目标的探测时段最大程度覆盖其期望探测时段。


4.根据权利要求1所述的一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S501：求解前述信息获取任务规划模型，得到初始的目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段；
步骤S502：检查对各目标的探测时段是否完全覆盖其期望探测时段；若是，则形成信息获取任务子方案，结束步骤S5，进入步骤S6；否则，进入步骤S503；
步骤S503：对未完全覆盖期望探测时段的目标，更新所述信息获取任务规划模型中的目标数、期望探测时段，重新求解新的信息获取任务规划模型，得到新的目标与传感器目标通道配对和对各目标的探测时段，将已有的目标与传感器目标通道配对、对各目标的探测时段分别合并，返回步骤S502。


5.根据权利要求1所述的一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，所述步骤1中，所述空中目标数量设为m，传感器目标通道数量设为n，防空武器数量设为p，估计第i个传感器目标通道对第k个目标的起始探测时刻设为tST0ik、终止探测时刻设为tSTfik，估计第j个防空武器对第k个目标的起始交战时刻设为tFT0jk、终止交战时刻设为tFTfjk，估计第j个防空武器对第k个目标的射击次数nFTjk，各防空武器的交战准备时间tFPj，各防空武器可射击的目标数量nFRj，对各目标的期望射击次数nTEk，其中tST0ik＝tSTfik＝-1代表第i个传感器目标通道无法探测第k个目标，tFT0jk＝tFTfjk＝-1代表第j个防空武器无法拦截第k个目标；设置n×m维矩阵TST0、TSTf，p×m维矩阵TFT0、TFTf、NFT，p维行向量TFP，p维列向量NFR，m维行向量NTE；














6.根据权利要求3所述的一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第一目标与防空武器配对表示为p×m维矩阵DF：



其元素dFjk＝0或1，dFjk＝1代表分配第j个防空武器射击第k个目标，dFjk＝0代表不分配第j个防空武器射击第k个目标；
所述为各防空武器分配的目标应是该武器可射击的目标表示为：
-DF*TFT0≤0pm，
其中，算子*代表两个同维矩阵或向量的相同行与列的元素相乘，0pm为p×m维零矩阵；
所述为各防空武器分配的目标数不超过该武器可射击的目标数表示为：
DF·Im1-NFR≤0p1，
式中，Im1为m维单位列向量，0p1为p维零列向量；
所述对各目标都应分配一部防空武器进行射击表示为：
I1p·DF-I1m＝01m，
式中，I1P为p维单位行向量，I1m为m维单位行向量，01m为m维零行向量；
所述对各目标分配的防空武器，其对目标的射击次数应不小于规定次数表示为：
NTE-I1p·(DF*NFT)≤01m；
所述对各目标的射击有利程度最大，其中射击有利程度可根据多种准则设置，包括：
对目标的拦截次数越多越有利，则优化目标表示为：



对目标的拦截时间越早越有利，则优化目标表示为：



所述火力拦截任务规划模型表示为：





7.根据权利要求1所述的一种信息与火力一体化任务规划方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述求解火力拦截任务规划模型得到的目标与防空...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晨，陆志沣，洪泽华，周金鹏，陈伟，何舒，张宏俊，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31