基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法。属于在多约束下提高系统弹性领域，步骤：建立多波次的包含不同爆炸当量及打击落点的敌方攻击矩阵；构建动态的效能等级矩阵；构建灵活的有针对性的舰船攻击防御系统；构建毁伤矩阵；生成节点恢复矩阵；循环敌方攻击链；利用控制变量法对比分析攻击防御恢复策略的优势与劣势。本发明专利技术实现敌方的多波次、多种类攻击，舰船系统的几点功能分布与作战能力；通过冲击波超压公式以及装备节点的探测/拦截概率去构建敌我双方打击对抗及毁伤模型；满足了多波次攻击情形下变化的维修节点序列且分析了维修策略的优劣势；确定了在复杂作战环境下舰船系统恢复策略的真实和客观。实和客观。实和客观。

【技术实现步骤摘要】
基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法


[0001]本专利技术属于在多约束下提高系统弹性领域，涉及系统可靠性问题，特别是涉及一种基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法。

技术介绍

[0002]高新技术发展迅速，其以信息技术为核心，加快了世界军事的变革，战争形态开始逐渐向信息化转变，战争形态也演变成五位一体的联合作战，包括海、陆、空、天、电磁。信息化武器装备会越来越优良，可想而知，未来战争将更智能化和信息化，武器装备的生存空间将被无限挤压，但战场损伤可能会更加残酷。随着无人化智能化技术的发展，现代战争具有以下几个特点：
[0003]第一，态势全面感知，传感技术与网络传输技术的发展得以实现对海、陆、空、天的全面感知。
[0004]第二，装备无人自主，装备的无人化占比日益提高，改变了作战力量的组成结构。
[0005]第三，指挥智能决策，指挥决策方式由以往的经验决策逐渐向基于态势感知数据的人工智能分析和决策转变。
[0006]第四，装备集群异构，装备形成自主化的作战集群与编队，不同装备间协同作战，形成复杂的异构自适应对抗体系。
[0007]未来战争形态可想而知的复杂，在这种形势下，为更好的发挥装备体系的作战效能，应建立与之相匹配的保障体系。针对复杂舰艇防御系统，本文将系统弹性作为一个新的指标对防御系统效能进行评估。所谓“弹性”是指系统为应对各种扰动、变化而呈现的一种能力或品质特性，及系统对来自自然或人为事件的干扰进行预测、抵抗、吸收、反应、适应并恢复的能力。弹性强调通过自适应调整机制来应对系统故障、威胁和变化，保障任务的完成。舰艇在战时的恢复能力是舰艇防御系统弹性的重要指标，因此，一个优良的弹性恢复策略是至关重要的。具备弹性的防御系统能够更好地适应快速多变、不确定、对抗激烈的战场环境，满足作战需求。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是面对多波次、复杂攻击的海上作战环境，提供一种基于遗传算法的攻击防御恢复策略，以提高舰船作战系统在多波次作战下的整体弹性。
[0009]技术方案：本专利技术所述的一种基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法，具体操作步骤如下：
[0010](1)、根据不同的攻击类型，建立多波次的、包含不同爆炸当量及打击落点的敌方攻击矩阵；
[0011](2)、根据不同的作战场景建立舰船防御系统，为舰船系统各装备节点建立相应的战时重要度矩阵，并为节点构建动态的效能等级矩阵；
[0012](3)、选取部分节点作为作战类型节点，以防御不同类型的敌方攻击，并生成相应波次攻击下的拦截对抗任务，构建灵活的有针对性的舰船攻击防御系统；
[0013](4)、利用冲击波超压公式，根据敌方攻击的毁伤当量以及落点确定防御系统各节点的毁伤程度，构建毁伤矩阵；
[0014](5)、根据节点受伤情况以及下波次的攻击动态的调整遗传算法维修恢复策略，生成在维修备件约束、时间约束等多种条件约束下的维修序列，生成节点恢复矩阵；
[0015](6)、循环敌方攻击链，重复步骤(2)
‑
(5)；
[0016](7)、使用商弹性模型评估防御系统在多波次攻击后的系统弹性，并利用控制变量法对比分析攻击防御恢复策略的优势与劣势。
[0017]进一步的，在步骤(1)中，所述建立敌方攻击矩阵的过程如下：
[0018]设敌方共有5波次攻击，每波次共有5发炮弹，可同种类也可不同种类，每发炮弹携带自身序号、TNT当量以及三维落点信息，则敌方攻击矩阵记为Attracts＝{f1,f2,f3,f4,f5}，f代表每波次攻击，如f1＝{a1,a2,a3,a4,a5}，a代表每发炮弹，如a1＝{1,100,73.4,23.8,20.5}，其中后三位分别为x、y、z三维坐标下的落点。
[0019]进一步的，在步骤(2)中，所述建立舰船防御系统的过程如下：
[0020](2.1)、舰船装备节点为一个三维坐标矩阵xyz＝{X1,X2……
X
49
,X
50
}共计50个节点，为应对不同类型的作战环境分别为每个节点设置不同3维的战时重要度；
[0021](2.2)、为形容作战进行时节点的状态，每个装备节点引入效能等级矩阵level_E及受到攻击后的毁伤矩阵shock_matrix，每个节点的level_E均为5，表示初始节点完好，在遭遇攻击后减去相应的shock_matrix作为装备节点新的效能等级，即：
[0022]level_E
n
＝level_E
n
‑1‑
shock_matrix
n
[0023]其中，1≤n≤5表示攻击波次。
[0024]进一步的，在步骤(3)中，所述拦截任务的具体是：
[0025]作战型节点对于敌方攻击的拦截任务是指舰船的探测型、拦截形装备节点对敌方攻击进行拦截打击的事件；系统若成功拦截敌方攻击，则免受伤害，效能等级矩阵不变；若拦截失败，系统则遭受到毁伤，效能等级下降，等待后续维修。
[0026]进一步的，在步骤(4)中，所述建立毁伤模型的过程如下：
[0027]所述毁伤模型的建立是用来描述系统在遭受到毁伤后各节点的状态，根据拦截失败的攻击所携带的TNT当量及起落点信息，结合地面空气冲击波超压公式，计算每个节点所受到的毁伤程度，得到动态的毁伤矩阵，从而得到各节点当前的效能等级矩阵。
[0028]进一步的，在步骤(5)中，所述构建维修恢复策略的过程如下：
[0029](5.1)、在经过步骤(4)的毁伤模型计算后，根据各节点当前的效能等级矩阵去动态的构建基于传统遗传算法的基因序列长度；
[0030]如当前有n个节点不完好，则当前波次的遗传算法基因序列长度为n，并根据各节点当前的战时重要度，生成在多种条件约束下可使得当前战时重要度最高的基因序列；
[0031](5.2)、根据生成的多种条件约束，包括每波次攻击间隔30分中的时间约束、有限备件约束、多组并行维修约束、每组最低维修节点数约束；
[0032]其中每组最低维修节点数也根据所需维修节点数而动态调整。
[0033]进一步的，在步骤(6)中，所述循环敌方攻击链是指：并生成每波次攻击中各自所
需的矩阵，记录每波次攻击中系统受到的毁伤及系统恢复的节点效能等级数。
[0034]进一步的，在步骤(7)中，所述商弹性模型为研究系统总体弹性，取系统在多波次攻击下的总恢复与总损伤的比值作为系统弹性的评估指标。
[0035]本专利技术主要是对舰艇战时情况进行建模仿真，模拟舰船系统在遭遇多波次、复杂攻击类型的情况下的拦截对抗情形，利用传统遗传算法动态求解MTSP问题，提高了系统自适应能力。为装备节点赋予应对不同攻击场景下的战时重要度，使系统在利用遗传算法维修时倾向更有利于抵抗攻击的种群适应度值，以此来增强舰艇的抗击本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法，其特征在于，具体操作步骤如下：(1)、根据不同的攻击类型，建立多波次的、包含不同爆炸当量及打击落点的敌方攻击矩阵；(2)、根据不同的作战场景建立舰船防御系统，为舰船系统各装备节点建立相应的战时重要度矩阵，并为节点构建动态的效能等级矩阵；(3)、选取部分节点作为作战类型节点，以防御不同类型的敌方攻击，并生成相应波次攻击下的拦截对抗任务，构建灵活的有针对性的舰船攻击防御系统；(4)、利用冲击波超压公式，根据敌方攻击的毁伤当量以及落点确定防御系统各节点的毁伤程度，构建毁伤矩阵；(5)、根据节点受伤情况以及下波次的攻击动态的调整遗传算法维修恢复策略，生成在维修备件约束、时间约束等多种条件约束下的维修序列，生成节点恢复矩阵；(6)、循环敌方攻击链，重复步骤(2)
‑
(5)；(7)、使用商弹性模型评估防御系统在多波次攻击后的系统弹性，并利用控制变量法对比分析攻击防御恢复策略的优势与劣势。2.根据权利要求1所述的基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述建立敌方攻击矩阵的过程如下：设敌方共有5波次攻击，每波次共有5发炮弹，可同种类也可不同种类，每发炮弹携带自身序号、TNT当量以及三维落点信息，则敌方攻击矩阵记为Attracts＝{f1,f2,f3,f4,f5}，f代表每波次攻击，如f1＝{a1,a2,a3,a4,a5}，a代表每发炮弹，如a1＝{1,100,73.4,23.8,20.5}，其中后三位分别为x、y、z三维坐标下的落点。3.根据权利要求1所述的基于动态遗传算法解决多波攻击下舰船恢复策略优化方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述建立舰船防御系统的过程如下：(2.1)、舰船装备节点为一个三维坐标矩阵xyz＝{X1,X2……
X
49
,X
50
}共计50个节点，为应对不同类型的作战环境分别为每个节点设置不同3维的战时重要度；(2.2)、为形容作战进行时节点的状态，每个装备节点引入效能等级矩阵level_E及受到攻击后的毁伤矩阵shock_matrix，每个节点的level_E均为5，表示初始节点完好，在遭遇攻击后减去相应的shock_matr...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震，田璐，李阳，苗虹，王召斌，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：