【技术实现步骤摘要】
水面舰艇照射器任务规划方法和系统
[0001]本专利技术涉及对空作战传感器任务规划
，具体地，涉及一种水面舰艇照射器任务规划方法和系统。
技术介绍
[0002]现代水面作战舰艇通常集成多部照射器，能够根据指示信息对来袭目标进行照射，为末端采用半主动制导体制的舰空导弹提供照射制导信号，引导导弹飞向作战目标。照射器任务规划是根据导弹制导需求通过一定方法完成照射任务分配、照射资源调度的过程，是火控决策的重要部分。
[0003]区别于相控阵体制照射器，机械式照射器通过在一定机械限幅内转动实现对目标的跟踪照射，在传统照射任务规划模式下，照射器采用接替照射，即半主动导弹的飞行全程均占用照射器，尤其是中远程舰空导弹，其多目标作战能力受到严重制约。目前，基于经济性等多方面考虑，各国作战舰艇仍未完全放弃使用机械式照射器。因此，如何利用现有装备特点、创新装备的应用模式成为提升水面舰艇作战效能的重要途经。在此背景下提出的舰艇照射器分时照射模式，主要针对中远程舰空导弹的飞行末段对目标进行照射，从而释放照射器的占用时间，提高照射资源的利用率，但由于战场形势千变万化，此模式下需要合理地进行照射任务规划以保证舰空武器系统输出稳定的作战效能。
[0004]专利文献CN108415452A(申请号：CN201711419530.X)公开了一种中空长航时无人机任务规划系统，包括：任务规划情报数据库、数据引接与发布模块、任务规划模块和地理信息引擎。任务情报数据库存储和管理地理信息数据、任务信息数据、无人机/载荷/链路性能数据、任务区...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水面舰艇照射器任务规划方法，其特征在于，包括：步骤1：输入任务规划解算需要的基本参数，包括威胁目标参数列表、拦截武器对目标的拦截参数、各照射器的空间工作范围及已安排的任务序列；步骤2：根据输入的基本参数构建计算矩阵与向量、预测向量及决策矩阵与向量，计算矩阵与向量包含武器对待分配照射目标的拦截发射时间向量、照射器工作空间矩阵与向量，预测向量包括待分配照射目标相对舰艇平台的预测空间向量，决策矩阵与向量包含待照射分配目标的分配决策矩阵、照射时间矩阵、武器拦截发射时间向量；步骤3：构建照射器照射任务规划数学模型，针对待照射任务分配的威胁目标，基于构建的矩阵与向量信息，将多照射器照射任务规划问题转换为多约束下的混合整数规划问题，建立照射任务分配的优化目标及约束条件，构建照射任务规划问题数学模型；步骤4：求解混合整数规划问题得到照射器照射任务规划方案，对转换而来的混合整数规划问题进行求解，得到优化目标下的照射任务规划结果，即各照射器照射任务序列，更新各照射器任务序列信息，判断任务规划是否结束，若否则返回步骤1继续执行。2.根据权利要求1所述的水面舰艇照射器任务规划方法，其特征在于，所述步骤1包括：输入的威胁目标为TR＝{TR1,TR2,
…
,TR
m
}，m为威胁目标数量，其中待照射分配的目标数量为m
′
；输入的照射器为IR＝{IR1,IR2,
…
,IR
n
}，n为照射器数量；输入的威胁目标参数列表信息包含各威胁目标当前在舰艇地理系位置P
TR
、速度v
TR
、雷达截面积RCS值σ
TR
，威胁目标参数列表按照威胁值从大到小排列；拦截武器对目标的拦截解算参数信息包括拦截武器的平均飞行速度v
D
、对目标的发射时间窗口起始与终止各照射器的空间工作范围信息包括各照射器的起始与终止工作方位角及高低限角及最大作用距离及典型RCS值σ
IR
、安装高度h
IR
、导引头开机距离r
sk
；各照射器的已安排的任务序列信息包括各照射器已经安排的照射任务的开始时间结束时间3.根据权利要求2所述的水面舰艇照射器任务规划方法，其特征在于，所述步骤2包括：计算矩阵与向量由步骤1的输入信息赋值确定，包含武器对待分配照射目标的拦截开始及结束发射时间向量与照射器工作起始与结束方位角向量与照射器工作高限角向量与低限角向量及照射器对目标的最大工作距离矩阵计算矩阵与向量构建如下：构建如下：构建如下：构建如下：为n
×
m
′
维，式中，为照射器IR
i
对目标TR
j
的最大照射距离，的最大照射距离，为目标TR
j
飞行高度，为照射器IR
i
的安装高度；预测向量由步骤1的输入信息推算构建，表征目标的预估信息，包括待分配照射目标相对舰艇平台的预测开始照射方位角向量与预测结束照射方位角向量预测开始照射俯仰角向量与预测结束照射俯仰角向量预测开始照射距离向量与预测结束照射距离向量预测向量构建如下：其中分别为目标TR
j
开始照射时刻及结束照射时刻舰艇与目标的距离，x由决策矩阵D确定，按下式计算：计算：计算：计算：其中分别为目标TR
j
开始照射时刻及结束照射时刻目标相对舰艇的方位角，按照下式计算：按照下式计算：其中分别为目标TR
j
开始照射时刻及结束照射时刻目标相对舰船的俯仰角，按照下式计算：决策矩阵与向量通过输入信息构建，作为任务规划的输出，包含待照射分配目标的分配决策矩阵D
′
、拦截发射时间向量T
Lch
，全部威胁目标的分配决策矩阵D、照射开始与结束时间矩阵与决策矩阵与向量构建如下：为待分配决策矩阵，n
×
m
′
维；为全部目标分配决策矩阵，n
×
m维；
式中，d
ij
＝0或1，d
ij
＝1代表照射器IR
i
被分配对目标TR
j
进行照射，否则照射器IR
i
未被分配对目标TR
j
进行照射；进行照射；为目标TR
j
被安排拦截发射时间；均为n
×
m维，每一行按照由小到大排序，其中1～m
′
为已分配照射的目标，m
′
+1～m列为未分配的目标；式中，分别为照射器IR
i
对目标TR
j
照射的开始照射时间及结束照射时间，且表示，照射器IR
i
被分配对目标TR
j
照射，否则IR
i
未分配对目标TR
j
照射；照射；由拦截发射时间计算，取值如下：时间计算，取值如下：式中，r
TR
＝||P
TR
||为当前目标TR
j
与舰艇平台的距离，t0为当前时刻；选取D
′
与T
Lch
为优化过程中的主要决策量，获取D
′
与T
Lch
之后可更新数据得到D和决策变量中整数变量为nm
′
个，非整数变量为m
′
个。4.根据权利要求3所述的水面舰艇照射器任务规划方法，其特征在于，所述步骤3包括：构造的照射器任务规划模型为带约束的混合整数规划模型，包括约束条件、优化目标、优化变量；其中，约束条件包括照射空间约束及照射时间约束两类；(1)照射空间约束：1)在照射时段内，目标处在照射器的工作方位角范围内，该约束表示为：内，目标处在照射器的工作方位角范围内，该约束表示为：式中，算子*代表两个同维矩阵或向量相同位置的元素相乘，0
1m
′
为m
′
维零向量；2)在照射时段内，目标处在照射器的工作俯仰角范围内，该约束表示为：内，目标处在照射器的工作俯仰角范围内，该约束表示为：
式中，算子*代表两个同维矩阵或向量相同位置的元素相乘，0
1m
′
为m
′
维零向量；3)在照射时段内，目标处在照射器的作用距离范围内，该约束表示为：内，目标处在照射器的作用距离范围内，该约束表示为：式中，算子*代表两个同维矩阵或向量相同位置的元素相乘，I
1n
为元素均为1的行向量，0
1m
′
为m
′
维零向量；(2)照射时间约束：1)每个目标每次只能分配一部照射器进行照射，该约束表示为：I
1n
·
D
′‑
I
1m
′
≤0
1m
′
式中，I
1n
、I
1m
′
为元素均为1的行向量，0
1m
′
为m
′
维零向量；2)单部照射器同时只能照射一个目标，该约束表示为：式中，算子*代表两个同维矩阵或向量相同位置的元素相乘；函数用于计算由与任意行对应元素构成的照射任务时段集合为C
i
，C
i
内各非零时段元素与C
i
内所有时段元素交叉的次数q
ij
，该行元素间的最大交叉次数遍历各行，输出计算结果向量I
1n
为元素全为1的向量，0
1n
为n维零向量；3)选择的武器发射时间在发射窗口内，该约束表示为：3)选择的武器发射时间在发射窗口内，该约束表示为：4)照射器前后照射任务之间留有准备时间，该约束表示为：式中，函数用于计算由与任意行中对应位置的元素构成的照射任务时段集合为C
i
，C
i
内元素按照开始照射时间由小到大排序，对于C
i
内非零时段元素个数为l
i
，对于任意非零时段元素C
i
内所有元素中，开始时间与C
ij
的结束时间差值大于Δt的时段元素个数q
′
ij
，Δt为照射准备时间，函数计算输出的结果为：I
′
nm
′
为n
×
m
′
维矩阵，各行为[0
…
0 l
i
‑
1 l
i
‑2…
0]
m
′
；任务规划模型的优化目标表示为：
式中，算子*代表两个同维矩阵或向量相同位置的元素相乘，算子//代表两个同维矩阵或向量相同位置的非零元素相除，优化目标为尽可能多的目标被安排照射，且照射时间尽可能早，以保证武器系统尽早有效拦截目标；照射器任务规划模型的优化变量表示为：全局优化变量为：其中，单目标
‑
照射器
‑
照射时段配对表示为：多约束下的照射器任务规划模型表示如下：5.根据权利要求4所述的水面舰艇照射器任务规划方法，其特征在于，所述的步骤4包括：利用遗传算法对混合整数规划模型进行求解，得到分配决策矩阵D
′
、D、T
Lch
及优化变量并以此推算并更新与得到本次计算的照射任务规划结果，即各照射器的任务序列，并作为输入进入下一轮任务规划。6.一种水面舰艇照射器任务规划系...
【专利技术属性】
技术研发人员：高远，陆志沣，周金鹏，赖鹏，从光涛，董晨，洪泽华，张明恩，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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