舰空导弹指挥决策模型及应用研究

论文摘要

协同作战是舰艇编队为应对日益严重的空中目标威胁而提出的一种以信息完全共享为构架的新型作战模式,它克服了传统基于烟囱式武器系统构架的综合调度困难、信息共享程度低等缺陷,体现了防空作战“体系”与“体系”对抗的特征,显著提升了舰载武器的防空作战效能。本文在概括分析协同作战研究现状,分析协同作战模式下武器、控制设备、传感器和目标的柔性连接构架特点的基础上,对舰空导弹在小型舰艇编队协同作战模式下的来袭空中目标的威胁程度和编队舰空导弹火力分配、射击指挥决策方案优选进行了较为系统的研究。研究的主要内容如下:(1)提出一种将模糊集理论、神经网路、遗传算法综合的模糊优选神经网络目标攻击企图判别模型。利用协同作战模式下目标观察范围广,航迹跟踪时间长等特点,针对获取融合后的空中目标实施攻击过程的特征信息,建立神经网络判别模型,利用遗传算法良好的全局搜索能力,实现目标攻击企图的自动学习、实时判断,便于及时积累目标实施攻击的特征,更新攻击方式和方法的信息,全面判别目标攻击企图。(2)根据协同作战条件下大大增强了战场态势的感知能力,减少了因为缺乏目标信息而难于决策的困难,同时大量模糊信息、残缺信息的涌入增加了作出精确判断的难度的特点。应用模糊集理论,建立目标函数为全体样本属性对于全体级别加权广义欧氏权距离平方和最小的非线性规划模型。通过积累的样本库对模型进行迭代辨识,确认空中目标威胁等级模式识别的分类标准和属性权重。该模型可以实时用于空中目标的威胁等级识别,拓展后可以用于空中目标部分属性值残缺条件下的模糊识别。提出了部分距离替代法、直接等效法和最近原型法三种属性值残缺情况下的模糊识别方法算法。实现了对空中目标属性数据完整或残缺情况下使用相同模型进行威胁等级模糊识别,从而提高了舰艇编队对空防御作战自动化程度。(3)鉴于协同作战模式改变了传统固定链路“烟囱式”武器系统构架,实现目标、武器、控制单元、传感器的火力通道柔性连接,达到控制单元对传感器、火力单元实时灵活切换。在共享统一的战场态势基础上,拓展传统武器目标分配的概念,建立了空中目标突防期望值最小和组织抗击占用防空资源最少,适用于火力单元、打击目标、控制单元实时调度的火力分配模型,优化调度舰艇编队舰空导弹资源,提高舰空导弹资源的利用效率,有效提高了编队的防空作战效能。(4)编队火力分配中确定火力通道后,将提出舰空导弹多次射击方案序列概念,将模糊优选理论与动态规划原理结合起来,舰空导弹射击方案序列中的每一次射击作为一个阶段,建立以尽可能少占用防空资源、消耗舰空导弹最少、达到可靠毁伤来袭空中目标的模糊优选动态规划模型。根据不同战场态势条件下对防空资源的占用程度,灵活选取不同射击阶段各决策指标权重;根据可抗击的舰空导弹资源条件和来袭目标的威胁程度,实时求取对来袭空中目标多次抗击的优化射击指挥方案序列。减少对空中目标抗击时对舰空导弹资源的占用程度,从而有效提高舰艇编队对空中目标的作战效能,满足未来舰艇编队有效抗击多方向、多批次饱和攻击的要求,提高舰艇编队整体的防空作战能力,较好地解决编队协同作战预研中指挥决策的关键问题。最后对全文作了总结,并对有待进一步研究的问题作了分析和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.2.1 舰空导弹协同作战控制模式的形成与发展
• 1.2.2 舰艇编队舰空导弹协同对空防御指挥决策
• 1.3 本文研究思路及主要工作
• 2 融入遗传算法的模糊优选神经网络目标攻击企图判别模型
• 2.1 目标攻击企图判别问题
• 2.2 模糊优选BP神经网络模型及其网络拓扑结构的确定
• 2.3 基于遗传算法的权重优化算法
• 2.4 融入遗传算法的模糊优选神经网络智能决策模型
• 2.5 空中目标攻击企图神经网络判别
• 2.5.1 空中目标攻击企图判别模型输入参数
• 2.5.2 空中目标攻击企图判别模型判别结论参数
• 2.6 空中目标类型识别示例
• 2.7 本章小结
• 3 空中目标威胁等级模糊模式识别模型
• 3.1 模糊模式识别理论
• 3.2 模糊目标威胁属性值的确定与表示
• 3.3 目标属性权重和分类标准的辩识算法
• 3.3.1 模糊辩识迭代算法
• 3.3.2 模糊辩识迭代模型的收敛性
• 3.4 目标属性数据残缺的模糊辨识
• 3.4.1 目标属性数据残缺描述
• 3.4.2 部分距离替代法模式辨识
• 3.4.3 直接等效法模糊辨识
• 3.4.4 最近原型法模糊辨识
• 3.5 目标威胁程度的模糊识别
• 3.5.1 目标属性值完整的威胁程度模糊识别
• 3.5.2 目标属性值残缺的威胁程度模糊识别
• 3.6 应用示例
• 3.7 本章小结
• 4 基于协同作战的舰空导弹武器作战能力
• 4.1 编队对空探测能力分析
• 4.1.1 舰载雷达对空最大探测距离
• 4.1.2 对作战目标发现距离估计
• 4.2 基于协同作战的舰空导弹武器作战空域
• 4.2.1 舰空导弹的杀伤区
• 4.2.2 舰空导弹的发射区
• 4.2.3 舰空导弹的火力区
• 4.3 舰空导弹单发杀伤概率
• 4.3.1 制导误差规律
• 4.3.2 引信启动概率
• 4.3.3 目标条件坐标杀伤概率
• 4.3.4 单发杀伤概率的计算
• 4.3.5 影响因素分析
• 4.4 舰空导弹作战效能影响因素
• 4.4.1 目标机动的影响
• 4.4.2 目标电子干扰的影响
• 4.4.3 作战环境因素干扰的影响
• 4.5 本章小结
• 5 协同作战的舰空导弹火力分配模型
• 5.1 协同作战的舰空导弹指挥决策
• 5.1.1 舰艇编队对空防御交战过程
• 5.1.2 协同模式舰空导弹作战使用特点
• 5.2 协同作战舰艇编队防空队形配置分析
• 5.2.1 舰艇编队传统抗击来袭空中目标模式
• 5.2.2 舰艇编队协同抗击来袭空中目标模式
• 5.2.3 编队防空队形配置方法
• 5.3 舰艇编队协同作战舰空导弹对空火力分配模型
• 5.3.1 目标、武器、传感器调度决策优化目标函数的确定
• 5.3.2 舰空导弹目标、武器、传感器调度决策模型
• 5.4 本章小结
• 6 舰空导弹射击指挥方案序列动态规划模型
• 6.1 影响确定射击指挥方案的主要因素
• 6.1.1 舰空导弹武器占用通道时间
• 6.1.2 舰空导弹可拦截次数
• 6.1.3 舰空导弹消耗量
• 6.1.4 目标毁伤概率
• 6.1.5 导弹武器系统可靠性
• 6.1.6 对空防御作战时各系统兼容性
• 6.2 多目标多阶段系统模糊优选动态规划模型
• 6.3 阶段射击方案指标权重确定
• 6.3.1 有序模糊关系矩阵的确定
• 6.3.2 指标权重的最小平方法确定
• 6.4 多阶段舰空导弹射击指挥方案动态规划模型
• 6.5 典型背景下舰空导弹射击方案序列示例
• 6.5.1 评估条件及典型背景假设
• 6.5.2 指标值的获取
• 6.5.3 指标权重的获取
• 6.5.4 计算结果及分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 论文的主要创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢