基于公共投放區(qū)的空面多目標攻擊研究

張艷霞， 呂 輝， 孫兆雨

(1.光電控制技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471000； 2.中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471000；3.陸裝駐洛陽地區(qū)航空軍事代表室，河南 洛陽 471000)

0 引言

空面多目標攻擊一次進入可同時攻擊多個地面/海面目標，減少開艙次數(shù)、載機滯空時間和攻擊航路，降低投彈時被探測概率，可大大提高整體作戰(zhàn)能力。目前的多目標攻擊主要實現(xiàn)方式有：基于智能算法進行尋優(yōu)的多目標攻擊模型[1]，其綜合運用蟻群算法、遺傳算法和粒子群算法，該算法依賴于多次迭代計算，更新時間不可控，難以直接應用于機載實時計算環(huán)境；多目標可攻擊扇區(qū)瞄準法[2]，該算法實現(xiàn)在攻擊一個指定目標的同時，能夠攻擊其他多個目標，適用于空戰(zhàn)環(huán)境，但在空面攻擊時效能較低?；趨f(xié)同攻擊區(qū)的空空作戰(zhàn)已較為成熟[3-4]，而基于公共投放區(qū)的空面多目標攻擊技術(shù)研究較少，因此，本文提出一種基于公共投放區(qū)的空面多目標攻擊技術(shù)。主要方法為：某航向下，根據(jù)攻擊列表順序，依次求解列表中各目標投放區(qū)與多目標公共投放區(qū)(初始為NTB(當前列表中第一個目標)投放區(qū))的交集，若交集滿足同時攻擊條件，則更新為多目標公共投放區(qū)，列表遍歷完成后，得到該航向下可同時攻擊的一個多目標批次，依次遍歷進入航向，得到能夠攻擊最多目標的一個多目標攻擊批次，將對應的進入點及進入航向作為攻擊占位信息，同理，對攻擊列表中剩余目標進行求解，直到列表中無剩余目標，即可得到多個攻擊批次劃分結(jié)果及對應攻擊航路。

1 多目標作戰(zhàn)場景

一次多目標攻擊過程如圖1所示。

圖1 編隊多目標攻擊過程Fig.1 Process of multi-target attacks

假設本次攻擊規(guī)劃為圖1中的5個目標，根據(jù)分配給5個目標的武器類型，計算相應的單目標投放區(qū)[5]，進而計算多目標公共投放區(qū)，可以看出T1和T2存在公共投放區(qū)，且可投放航路符合連續(xù)投彈條件，T3,T4,T5存在公共投放區(qū)，且可投放航路符合連續(xù)投彈條件，故將5個目標分為2個攻擊批次。可見，公共投放區(qū)求解是一種進行多目標攻擊的求解途徑。

2 公共投放區(qū)模型研究

2.1 公共投放區(qū)

公共攻擊區(qū)是以載機為中心的各個目標實時攻擊區(qū)的公共部分，但該方法計算得到的多目標公共攻擊區(qū)為不規(guī)則的立體空間，難以進行數(shù)學描述，不易用于工程應用[6]。

將攻擊區(qū)從以載機為中心映射到以地面目標為中心，求得各目標的投放區(qū)，進而得到公共投放區(qū)，可更直觀地完成多目標攻擊過程，如圖2所示。

圖2 多目標攻擊公共投放區(qū)Fig.2 Public release zone of multi-target attacks

多目標可投放區(qū)是指在單機多目標攻擊過程中，存在于預定攻擊的目標集合周圍的一個空間區(qū)域，載機在該區(qū)域內(nèi)，只要滿足投放高度、速度和姿態(tài)等約束條件，同時投放的多枚制導炸彈就能以給定精度、落角命中各自的目標，而在此區(qū)域外進行投放，就無法保證所有制導炸彈都能有效地命中目標。

2.2 公共攻擊區(qū)求解模型研究

單目標投放區(qū)可以為一個多邊形區(qū)域，那么公共投放區(qū)求解問題就可以看作是兩個任意多邊形求解問題。

以多邊形1(ABCDEFGH)和多邊形2(A1B1C1D1E1F1G1H1)為例說明多邊形交集求解模型,如圖3所示。

圖3 多邊形交集示意圖Fig.3 Intersection of polygons

求解步驟如下：

1) 將兩個多邊形各點存儲在鏈表中；

2) 首先遍歷兩個多邊形各邊求解的交點，若存在交點，則分別鏈接至對應頂點后；

3) 遍歷各頂點計算公共區(qū)域，找到兩個多邊形公共頂點存儲為交集區(qū)域的起始點，即為圖中的N；

4) 求解公共投放區(qū)，從交集的表頭N開始判斷N和N的next1點D(在多邊形1中的下一個點)的中點是否在多邊形2中，若在，則鏈接該點，否則，改變方向，向next2點(在多邊形2中的下一個點)擴展，判斷M和M的next2點H1的中點是否在多邊形1中，若在就繼續(xù)擴展，到A1點后，A1的next2點N為起始點，多邊形閉合，求解完畢。

2.3 最長攻擊航路及進入點計算

假設公共投放區(qū)在NTB直角坐標系的位置如圖4所示，求解進入該公共投放區(qū)的最長進入航向及對應的進入點，分為以下兩種情況。

圖4 最長航向計算示意圖Fig.4 Calculation of heading with the longest attacking route

1) 載機航向可偏移。

在規(guī)劃航路階段，載機未進入完成該批次攻擊占位，其進入點可在[Zmin,Zmax]區(qū)間內(nèi)變化，求解時每隔一個ΔZ，作一條平行于X軸的直線，求解該直線與投放區(qū)的交集并從小到大排序得到交點為：x0，x1，…，x2k+1，，則對應的航路段長度為

L=L0+L1+…+Li+…+Lk

(1)

式中：

Li=x2i+1-x2i。

(2)

通過比較求得所有交線中最長的航路段長Lmax及對應的進入點坐標(x2i,z2i)及離開點坐標(x2i+1,z2i+1)。

2) 航向不可偏移。

當設定載機進入航線，在飛行航線上進行多目標攻擊，此時，載機航向不可偏移，求解時，求過載機當前位置的直線z=zNTB與投放區(qū)的交集，并求解對應的最長的航路段長Lmax及對應的進入點坐標(x2 i，z2 i)及離開點坐標(x2i+1,z2i+1)。

3 多目標攻擊模型研究

3.1 多目標攻擊模塊作戰(zhàn)使用

多目標攻擊模塊與其他模塊的交互關(guān)系如圖5所示。

圖5 多目標攻擊模塊與其他模塊的交互關(guān)系Fig.5 Interaction between multi-targetattacking module and other modules

火控解算模塊根據(jù)雷達、光雷傳感器及友機、指揮中心獲取的目標信息，慣導、GPS、大氣機獲取的載機信息，外掛獲取的武器信息,以及指揮中心或長機獲取的任務信息進行威脅評估，進而進行編隊內(nèi)目標分配，各目標攻擊武器類型匹配，然后，多目標攻擊模塊根據(jù)當前攻擊列表及匹配武器類型，進行NTB與其他目標公共投放區(qū)的解算，求解在滿足攻擊NTB目標的同時，兼顧攻擊更多目標的目標集合及攻擊進入點與最優(yōu)進入航向，進而生成攻擊航路，引導戰(zhàn)斗機攻擊占位[7-8]?；鹂亟馑隳K將解算的多目標攻擊結(jié)果、攻擊航路、進入航向、攻擊提示信息、攻擊決策信息以及評估信息送顯示器顯示，在網(wǎng)絡化復雜戰(zhàn)場中，為飛行員提供更多、更有效的引導信息，輔助飛行員作戰(zhàn)[9]。

3.2 多目標攻擊模型研究

基于公共投放區(qū)的多目標攻擊求解過程如圖6所示。

圖6 多目標攻擊解算流程Fig.6 Calculation of multi-target attacks

當輸入的多目標攻擊解算有效字為1且目標未分配完畢時，進行本次多目標攻擊解算，若指定進入航向，進行該航向下的多目標攻擊解算，否則，遍歷進入航向，若本次航向下的多目標攻擊結(jié)果比之前記錄的解算結(jié)果更優(yōu)(可同時攻擊目標數(shù)目更多，或同樣目標數(shù)目下可投放航路段更長)，更新記錄的多目標解算結(jié)果，否則解算結(jié)果保持不變，航向遍歷完成后，得到本次多目標解算結(jié)果，包括公共投放區(qū)信息、可同時攻擊的目標數(shù)、目標編號、進入航向、進入點等。同理，依次求解剩余目標可同時攻擊批次信息，直至攻擊列表所有目標被分配完畢，即可得到多個攻擊結(jié)果及對應攻擊進入點及進入航向，引導飛行員或無人機攻擊占位。

由圖6可知，多目標攻擊解算中的關(guān)鍵計算模型為指定航線下的多目標攻擊解算，其解算流程如圖7所示。

圖7 指定航向下的多目標攻擊解算流程Fig.7 Calculation of multi-target attacks on designated heading

首先計算NTB目標的投放區(qū)，作為公共投放區(qū)的初始解，再遍歷計算非NTB目標的投放區(qū)，并將其與公共投放區(qū)進行交集運算，若交集不存在，則直接跳過該目標，若交集存在，則計算該航向通過公共投放區(qū)的最長航路，若最長航路滿足多目標投彈條件，則更新計算結(jié)果，否則公共投放區(qū)保持不變；遍歷完所有目標后，輸出該航向下最優(yōu)的多目標投放方案。

4 仿真研究

設計多目標攻擊仿真軟件，軟件根據(jù)輸入?yún)?shù)文件計算多目標攻擊結(jié)果，并進行界面顯示，驗證模型設計的正確性及合理性[10]。

4.1 同種武器多目標攻擊仿真(仿真1)

假設飛機攜帶5枚相同的衛(wèi)星制導炸彈，攻擊5個目標，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 多目標攻擊仿真1結(jié)果Fig.8 Multi-target attacking result of Simulation 1

圖8中，紅色區(qū)域為求解的公共投放區(qū)區(qū)域，藍色線為進入航線，結(jié)果顯示，本次可同時攻擊5個目標以及可同時攻擊的目標編號、進入航線、進入點信息等。

4.2 不同武器多目標攻擊仿真(仿真2)

假設飛機攜帶3枚不同的制導炸彈，攻擊3個目標，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 多目標攻擊仿真2結(jié)果Fig.9 Multi-target attacking result of Simulation 2

5 結(jié)論

多目標攻擊的仿真試驗結(jié)果說明公共投放區(qū)算法模型正確可行，系統(tǒng)能夠正確進行多目標攻擊解算，解算結(jié)果正確，達到了預期的試驗目的。在待攻擊目標中，依次進行多目標攻擊解算，可將所有目標劃分為可同時攻擊的多個多目標批次，根據(jù)各批次對應的進入點，進而得到多目標攻擊區(qū)航路，解算結(jié)果可以引導飛行員攻擊占位及多目標攻擊。