多巡飞器协同航迹规划与作战仿真试验

发布时间：2020-06-08 13:59

【摘要】：在实际的战场环境中,由于任务的复杂性、多样性,单巡飞器执行任务无法满足作战需求。针对复杂的作战任务,多巡飞器协同作战已成为未来发展趋势。航迹规划是巡飞器任务规划系统的核心功能,是巡飞器实现自主飞行的技术保障。多巡飞器协同航迹规划就是在满足到达时间、飞行性能约束、威胁约束、巡飞器间避碰约束等约束的前提下为巡飞器快速规划出可行的飞行航迹。通过巡飞器间辅助协作,提升巡飞器的生存能力以及作战效能。围绕多巡飞器协同航迹规划与作战仿真试验问题,本文的主要研究内容如下:(1)对多巡飞器协同航迹规划方法的国内外研究现状以及关键技术进行了综述,总结了国内外研究的特点与存在的问题。(2)针对复杂的战场态势,为满足作战需求,将巡飞器简化为质点,建立其运动模型。通过对巡飞器携带的导引头进行详细分析,建立了导引头模型。然后,对巡飞器执行任务过程中可能面临的典型威胁因素进行分析,建立了雷达威胁、高炮威胁、防空导弹威胁以及地形威胁模型。另外,针对搜索航迹规划中存在机动目标的问题,开展目标机动特性分析研究,建立了目标运动模型。(3)针对巡飞器协同突防航迹规划问题,对比分析基于稀疏A*算法、粒子群优化、遗传算法的三类典型的航迹规划方法,综合考虑规划效率与最优性,选用稀疏A*算法开展预先航迹规划算法研究。其次,提出一种基于降维思想的稀疏A*动态航迹规划算法,实现了在线威胁规避。针对多巡飞器协同航迹规划的需求,提出了一种基于平移扩展策略的航迹规划方法,快速生成多条任务航迹。最后,通过仿真试验验证了动态航迹规划与协同航迹规划方法的有效性。(4)针对矩形区域协同搜索航迹规划问题,对比分析扫描线式搜索与螺旋式搜索方法,并讨论了正面并行协同搜索方式和交错串行协同搜索方式。综合考虑搜索效率与作战成本,采用光栅式正面并行协同搜索方式对目标区域进行搜索。通过仿真试验,分析巡飞器编队数量对搜索效率的影响,以及目标数量对巡飞器编队数量的影响,为作战过程中指派巡飞器数量提供参考。(5)针对具体的战场态势以及作战任务,结合协同突防航迹规划和协同搜索航迹规划,开展巡飞器作战航迹规划研究。具体作战过程中,巡飞器根据预先规划的航迹进行突防,当巡飞器到达目标区域后,根据预先规划的协同搜索航迹对该区域进行搜索,若某一巡飞器发现目标,则对其他巡飞器进行在线重规划,规划出从当前位置点到目标位置的航迹,对目标进行协同打击,增加对目标的毁伤效能。最后,通过对不同作战模式的仿真试验,验证了上述航迹规划方法的有效性,实现巡飞器在威胁区域的突防以及对目标区域的搜索。
【图文】：

北京理工大学硕士学位论文区域覆盖过程中，巡飞器保持姿态角、高度及导引头的安装角相对于巡飞器的飞行高度，待搜索区域的地形高度变化不变，响。器速度为 V，飞行高度为 H，导引头识别距离为 D，瞬时视场为导引头下视角（光轴与基准线夹角）为 q，与地面交点为 O，形，如图 2.1 所示。

45 km) 3.8 km战场 II (40 km,30 km) 30 km(39 km, 39 km) 3 km(30 km, 20 km) 3.6 km(20 km, 30 km) 3.5 km(52 km, 45 km) 3.8 km.5.1.1 战场环境 I采用稀疏 A*搜索算法、遗传算法和粒子群优化算法在战场环境 I 下的航迹规划如图 3.13、图 3.14 和图 3.15 所示。战场环境 I含有 4 个高炮威胁（图中红色区域）图可见，三种方法都实现了对威胁区域的规避。其中，稀疏 A*算法求出的航迹最远，，粒子群优化算法求出的航迹除了对威胁区域进行规避的一段航迹外，在水上几乎是直线飞行。另外，三种航迹离地高度均较低，巡飞器沿三种航迹飞行时贴地飞行，这种飞行方式可以使巡飞器充分利用敌情信息和地形信息，借助地形避开敌方雷达和防空火力，具有更好的隐蔽性和更高的生存能力。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：E91

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本文编号：2703191