多目标进化算法在多弹协同航路规划中的应用研究

论文摘要

实现快速、远程和精确打击是飞航导弹发展的重要趋势。其中，对飞行器的飞行路径进行合理有效规划是完成攻击任务的先决条件。因此，航路规划技术成为飞行器技术领域的研究热点。相对于传统的飞行器航路规划方法，多弹协同航路规划是一个存在多耦合关系和多约束条件的非线性规划问题，该规划问题更复杂、也更具挑战性。本文对多弹协同航路规划问题进行深入地分析，并结合该问题对多目标进化算法进行透彻研究，提出了一种基于多目标进化算法的多弹协同航路规划方法，并通过仿真实验验证了应用该方法处理多弹协同航路规划问题的可行性和有效性。首先，将多弹协同航路规划问题从框架上分解为环境表达、约束处理、规划目标和规划方法四个部分。基于反舰导弹的机动性能、技术特点等基本特征，采用二维空间建模方法对规划环境建模；将多弹协同航路规划的约束条件归类为地形与威胁约束、飞行能力约束和多弹协同约束；从完成规划任务质量的层面分析影响航路性能的因素；结合多弹协同规划的特点研究规划方法。其次，阐述了进化算法和多目标优化的基本原理。通过对多目标优化算法的研究，归纳了其求解问题的方式与特点；结合多弹协同航路规划问题特有的应用特点，论述了应用多目标进化算法进行多弹协同航路规划的原因与理由。再次，给出了应用多目标进化算法求解多弹协同航路规划问题的具体方法。结合反舰导弹的特征和规划环境的特点，对规划环境采用二维空间建模。将部分约束引入到环境建模中，设计了一种将规划环境平行等分的平行等分法，在此基础上，设计了一种契合导弹航路的将约束条件融入到初始航路种群的航路初始化方法。结合导弹的飞行能力约束、威胁约束、多弹之间的空间约束关系和攻击到达时间约束关系，分别针对单种群进化和多种群进化设计了不同的评价指标，并给出了算法的详细实施步骤与流程图。最后，在Visual Studio2003环境下，对本文提出的基于多目标进化算法的多弹协同航路规划方法进行仿真实验验证。通过对不同实验条件下的结果分析，验证了本文提出的算法可以处理情况复杂且约束众多的多弹协同航路规划问题，通过该方法可规划出满足实际应用需求的有效航路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 多目标进化算法的研究现状
• 1.2.2 航路规划技术的研究现状
• 1.3 研究的主要内容
• 第2章 多弹协同航路规划问题描述
• 2.1 反舰导弹的基本特征
• 2.1.1 飞行过程
• 2.1.2 机动性能
• 2.1.3 技术特点
• 2.2 反舰导弹航路规划描述
• 2.2.1 基本框架
• 2.2.2 环境表达
• 2.2.3 约束条件
• 2.2.4 航路规划目标
• 2.3 本章小结
• 第3章 多目标进化算法理论
• 3.1 进化计算简述
• 3.1.1 进化计算的基本框架
• 3.1.2 遗传算法
• 3.1.3 进化策略
• 3.1.4 进化规划
• 3.2 多目标进化算法
• 3.2.1 多目标优化基本概念
• 3.2.2 多目标进化算法基本原理
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于多目标进化算法的多弹协同航路规划方法
• 4.1 基本框架
• 4.2 规划环境约束处理
• 4.3 航路编码和种群初始化
• 4.4 评价指标
• 4.4.1 单种群进化的评价指标
• 4.4.2 多种群进化的评价指标
• 4.5 选择机制
• 4.6 进化算子
• 4.6.1 单种群进化算子
• 4.6.2 多种群进化算子
• 4.7 算法终止条件
• 4.8 基于多目标进化算法的多弹协同航路规划的流程
• 4.9 本章小结
• 第5章 算法实验验证
• 5.1 实验环境设计
• 5.2 实验结果
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢