机群对抗作战的雷达资源联合调度研究

作     者：徐小桓 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：窦丽华;辛斌

授予年度：2018年

学科分类：11[军事学] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 110302[军事学-军种战役学(含∶第二炮兵战役学)] 1103[军事学-战役学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：机群作战 任务分配 雷达目标分配 资源调度 遗传算法 禁忌搜索算法 

摘      要：随着现代超视距空战环境日益复杂化,单个战机所能执行的战场任务有限,难以满足作战需求,机群协同作战已成为现代空战的主要形式之一。通过机群内多个战机的相互协作与配合,使得作战系统能应对更多类型的作战任务,从而提升作战效能。当空战参战双方均为大规模机群时,由于战机数量大、类型多,若仍以单机为作战单位,会导致计算量和时间复杂度过高。因此,需要将红蓝双方机群进行编组,降低问题规模,将机群对抗转换成机组之间的对抗;其次,在各个形成对抗关系的编组内,红方多架战机攻击蓝方多个目标,对蓝方目标进行跟踪并对红方导弹进行制导,从而形成了组内雷达广义目标分配问题;最后考虑各个雷达所分配到的广义目标,以单个雷达为单位,进行单机雷达资源调度,对雷达时间资源、能量资源、孔径资源进行合理分配。因此,本文采用分层研究策略,将机群对抗作战问题分成三个子问题:机群分组与编组指派问题、组内雷达广义目标分配问题、单机雷达资源调度问题。首先对这三个问题分别展开研究,最后再对系统进行集成。具体研究内容如下:针对机群分组与编组指派问题,首先考虑到战机的位置、速度和航向角等参数信息,采用模糊C-均值聚类算法分别对红蓝双方机群进行聚类分组。其次,将红方飞机编组分别指派给蓝方飞机编组,形成红蓝双方机组一对一的对抗关系,建立编组指派的数学模型,采用禁忌搜索算法进行求解,并通过计算实验验证了算法的有效性。针对组内雷达广义目标分配问题,其中广义目标包含蓝方目标和红方导弹。首先建立目标分配的数学模型,对蓝方目标跟踪的同时对红方导弹进行制导。与以往导弹通常只能被携带并发射它的战机所制导的情形不同,本文考虑每一枚导弹也可由其他雷达来进行制导,这在一定程度上扩大了战机可飞行范围。采用遗传算法进行求解,通过计算实验验证了遗传算法的可行性和有效性。针对单机雷达资源调度问题,针对基于时间指针的波束驻留自适应调度算法,提出了一种改进的多波束时间指针自适应调度算法。实验分析比较了两种算法的求解效果,并采用任务调度成功率、实现价值率、时间资源利用率、平均时间偏移率等指标进行算法性能评估。实验表明,改进的多波束时间指针自适应调度算法调度性能更优。最后对系统进行综合仿真,并分别用小规模算例和中规模算例进行了仿真实验,仿真验证了本文中机群对抗作战下雷达资源调度系统的合理性和有效性。实验表明,系统能得到可行的机群分组与编组指派方案,并进行合理的组内雷达广义目标分配,同时,在面对不同数量目标的不同情形下,单机雷达都能完成合理的资源调度。