基于微分对策的目标分配建模方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微分对策的目标分配建模方法、系统、设备及存储介质，包括：计算任意个体的可达集，并根据可达集得到可达集前沿；根据可达集前沿计算等时线与纳什均衡点；基于纳什均衡点创建脱靶量矩阵和分配矩阵；基于脱靶量矩阵和分配矩阵构建目标分配模型。本发明专利技术以更容易预测的非线性终端脱靶量为基础建立合适的优化模型：提出一种建立在松弛路径可达集和微分对策理论上的终端脱靶量预测模型；由于该模型的非线性和非凸性，采用粒子群算法求解终端脱靶量；基于预测的终端脱靶量建立一种新颖且合理的多级0

【技术实现步骤摘要】
基于微分对策的目标分配建模方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于指挥控制技术
，涉及对缺乏经验信息目标分配系统建模的研究，具体是一种基于微分对策的目标分配建模方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]目标分配是大规模指挥控制需要解决的关键问题之一，其目的是以较小的成本获取较大的价值。该情景中，进攻方发射导弹(或其他飞行器)对防御方目标进行打击；防御方发射拦截弹(或其他飞行器)试图摧毁进攻方导弹(或其他飞行器)。在以往的研究中，大多以进攻方对防御方目标的综合毁伤概率指标为目标函数，对其进行优化从而获得该分配问题的最优解。这种建模方法对于信息完备的系统来说是可行的，原因在于进攻
‑
防御两两分配的毁伤概率可由专家经验或查询效能手册直接进行得出，再辅以威胁程度函数(由相对角度、速度、距离等得出)评价进攻者对防御方目标的威胁程度，即可获得在既定分配矩阵下进攻一方对防御一方目标的综合命中概率。
[0003]以下现有技术在系统信息完备的假设下对分配系统建模，针对实际情况完善了传统算法建立的目标函数。
[0004]文献1：Bogdanowicz Z R,Patel K.Quick Collateral Damage Estimation Based on Weapons Assigned to Targets[J].IEEE TRANSACTIONS ON SYST EMS MAN CYBERNETICS
‑
SYSTEMS,2015,45(5):762
‑
769.DOI:10.1109/TSMC.2014.2360823.
[0005]文献2：Volle K,Rogers J.Weapon
‑
Target Assignment Algorithm for Sim ultaneous and Sequenced Arrival[J].JOURNAL OF GUIDANCE CONTROL AND DYNAMICS,2018,41(11):2361
‑
2373.DOI:10.2514/1.G003515.
[0006]文献1假设导弹终端位置分布呈正态分布特性，建立了知识数据库表，并在此基础上分别计算了对己方(友方)的一对一或一对多附带损伤；文献2引入了剩余飞行时间表征了对目标的“出其不意”效果，综合剩余飞行时间和毁伤概率提出了一种修正的目标函数；文献1和2为最终的分配决策在另外一个层面提供帮助；
[0007]文献3：Guo D,Liang Z,Jiang P,et al.Weapon
‑
Target Assignment for Multi
‑
to
‑
Multi Interception With Grouping Constraint[J].IEEE ACCESS,2019,7:34838
‑
34849.DOI:10.1109/ACCESS.2019.2898874.
[0008]文献3利用航向误差下的终端脱靶距离、飞行时间和视线角速率，构建了考虑拦截效率和所需能量的拦截概率函数，这种方法建立的数学模型在最大化毁伤概率的同时兼顾了自身能量的节约；
[0009]文献4：Liang Y,Chuang C.Variable neighborhood search for multi
‑
objec tive resource allocation problems[J].ROBOTICS AND COMPUTER
‑
INTEGRA TED MANUFACTURING,2013,29(3):73
‑
78.DOI:10.1016/j.rcim.2012.04.015.
[0010]文献4在文献3基础上把毁伤概率最大和成本最小这两个可能矛盾的指标转化为包含两个优化指标的多目标优化问题，这种转化的好处是后期可以基于多目标优化的方法
获得帕累托前沿；
[0011]文献5：Zhang K,Zhou D,Yang Z,et al.Constrained Multi
‑
Objective Weapon Target Assignment for Area Targets by Efficient Evolutionary Algorithm[J].IEEE ACCESS,2019,7:176339
‑
176360.DOI:10.1109/ACCESS.2019.2955482.
[0012]文献5综合了文献1和文献4，对于确定目标的附带损伤和能量消耗分别建立了目标函数，转化为了多目标优化问题。
[0013]上述现有技术所建模型大多是建立在对终端状态预测的基础上完成的，对于非智能型的导弹(飞行器)或信息完备的系统更为适用，而对于智能型导弹(飞行器)或信息不完备的系统，终端预测或毁伤概率等指标的评估则较为模糊和困难的。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于微分对策的目标分配建模方法、系统、设备及存储介质。本专利技术以平面内攻击、防御两方交战为背景，假设个体均具有自利性，符合微分对策理论假设。首先基于平面内可达集理论计算个体在未来时间的可能状态，通过探索可达集前沿与松弛dubins路径的关系，建立了可达集前沿的曲线方程。在对等时线进行分析的基础上给出了纳什均衡点的隐式方程。
[0015]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0016]第一方面，本专利技术提供一种基于微分对策的目标分配建模方法，包括以下步骤：
[0017]计算任意个体的可达集，并根据可达集得到可达集前沿；
[0018]根据可达集前沿计算等时线与纳什均衡点；
[0019]基于纳什均衡点创建脱靶量矩阵和分配矩阵；
[0020]基于脱靶量矩阵和分配矩阵构建目标分配模型。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种基于微分对策的目标分配建模系统，包括：
[0022]第一计算模块，用于计算任意个体的可达集，并根据可达集得到可达集前沿；
[0023]第二计算模块，用于根据可达集前沿计算等时线与纳什均衡点；
[0024]矩阵创建模块，用于基于纳什均衡点创建脱靶量矩阵和分配矩阵；
[0025]模型构建模块，用于基于脱靶量矩阵和分配矩阵构建目标分配模型。
[0026]第三方面，本专利技术提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。
[0027]第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微分对策的目标分配建模方法，其特征在于，包括以下步骤：计算任意个体的可达集，并根据可达集得到可达集前沿；根据可达集前沿计算等时线与纳什均衡点；基于纳什均衡点创建脱靶量矩阵和分配矩阵；基于脱靶量矩阵和分配矩阵构建目标分配模型。2.根据权利要求1所述的基于微分对策的目标分配建模方法，其特征在于，所述计算任意个体的可达集，并根据可达集得到可达集前沿，包括：平面内一飞行速率保持恒定的飞行器i，其运动方程和约束如下：平面内一飞行速率保持恒定的飞行器i，其运动方程和约束如下：平面内一飞行速率保持恒定的飞行器i，其运动方程和约束如下：平面内一飞行速率保持恒定的飞行器i，其运动方程和约束如下：其中，v
i
为飞行速率，γ
i
为航迹角，a
i
为飞行器i的横向加速度，其最大值不超过并得到最小转弯半径：若对飞行器i分别持续施加反向最大加速度则在初始航向左右两侧分别形成半径为r
i
的相切轨迹圆D
L
和D
R
；将式(1)、(2)和(3)以状态向量的形式表示为：其中，x
i
(t)和u
i
(t)分别表示状态向量[x
i
，y
i
，γ
i
]
T
和控制变量；若飞行器i的运动规律遵循式(6)，则其从初始时刻t到t+Δt时刻所能到达的所有状态的集合称为飞行器i从t到t+Δt的可达集，表示如下：其中，u
i
(t，t+Δt)代表t到t+Δt的所有连续控制输入，Φ表示满足式(4)的所有可能控制输入量集合；可达集的最外围曲线为可达集前沿RSF；可达集前沿RSF是两组相反方向的渐伸线，分别以C
R
与C
L
表示；假设飞行器i的初始坐标为A(x
i0
，y
i0
)，航迹角(flight path angle)为γ
i
，则：右半平面可达集前沿曲线上任一点C
R
(x
Ri
，y
Ri
)满足：)满足：)满足：)满足：左半平面可达集前沿曲线上任一点C
L
(x
Li
，y
Li
)满足：)满足：
其中，为轨迹圆半径，为转向角，设向右转为正，向左转为负，与飞行时间Δt相关：若Δt≤2πr
i
/v
i
，则若Δt＞2πr
i
/v
i
，则，则表示右、左渐伸线封闭相交时达到的角度。3.根据权利要求2所述的基于微分对策的目标分配建模方法，其特征在于，所述根据可达集前沿计算等时线与纳什均衡点，包括：飞行器i与飞行器j均以松弛dubins路径同时到达的点的集合为等时线ETL；等时线是一条连续曲线，通过双方相对机动能力可判断其偏向机动能力弱的一方；所述松弛dubins路径为可达集前沿上任一点的轨迹，对终端脱靶量进行优化的微分对策制导律生成，微分对策制导律如下：其中，是可提供的最大加速度，sign(*)为符号函数，t
go
为通过线性化后的状态方程估计的剩余飞行时间；若攻击者和防御者均以微分对策制导律进行逃避或拦截，以拦截者D
j
和攻击者A
i
为例，则能够预测的是，ETL
ji
为二者博弈所能达到的终端状态；通过对式(16)推导，得到ETL
ji
上拦截者D
j
和攻击者A
i
转向角间的隐式关系、ETL
ji
上点P(x，y)同拦截者D
j
和攻击者A
i
转向角间的关系：ψ
ETL
(θ
i
，θ
j
)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)x＝x
ETL
(θ
i
，θ
j
)

【专利技术属性】
技术研发人员：朱战霞，刘百明，王闯，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：