攻击型无人机群协同自组织控制研究

无人机群利用协同侦察和攻击模式可以提高作战任务的成功概率,完成单架无人机无法完成的任务。论述了无人机群协同自组织控制的研究进展,主要包括：无人机群自组织控制流程、无人机群编队队形设计、无人机群编队飞行控制策略。     

多无人机协同编队飞行设计方法

为解决军事对抗训练中作战飞机协同编队飞行进袭态势的构建问题,提出一种多无人机协同编队飞行设 计方法。采用单机个体路径跟踪控制与多机群体集中控制的综合设计方法,设计多无人机协同编队飞行总体架构, 建立多无人机之间的相对运动关系模型,给出飞行实施的控制策略,通过仿真实例验证了多机协同编队控制效果。 仿真结果表明：多无人机协同编队控制方式能够实现跟随机对领航机航迹的跟踪,可有效解决在3 维空间的编队 控制。     

多无人机协同方法研究

单架无人机执行侦察或攻击等任务时面临侦察角度和范围等诸方面的限制,制约了作战效能的发挥,多无人机协同执行任务能够提升整体的作战效能和生存性。分析了多无人机协同所面临的挑战,系统地研究了现有的多无人机协同方法。针对基于无人机自主控制的协同方法和基于工作流的协同方法,分析和对比了它们的协同时间。结果表明,基于工作流的协同方法具有更稳定和更短的协同时间,更适于复杂多变环境下多无人机协同执行任务。     

未知环境下异构多无人机协同搜索打击中的联盟组建

为了提高多架异构无人机在未知环境下协同执行搜索打击任务时的效能,提出了一种未知环境下的异构多无人机协同搜索打击中的联盟组建方法,研究了实时性较高且适应于未知环境下的任务分配机制。以最小化目标打击时间和最小化联盟规模为优化指标,以满足同时打击和资源需求为约束条件,建立了联盟组建模型;为了提高联盟组建的实时性,提出了一种分阶次优联盟快速组建算法(MSOCFA)。算法复杂度分析说明了该算法是一个多项式时间算法,并且通过与粒子群优化算法进行仿真对比,验证了该算法具有较低的计算复杂度,满足实时性要求。为了使得多架无人机能自主协同完成搜索打击任务,设计了基于有限状态机(FSM)的多无人机分布式自主协同控制策略。仿真验证了未知环境下的异构多无人机协同搜索打击中的联盟组建方法的合理性和可行性。使用蒙特卡洛法验证了无人机数量和目标数量对联盟组建的影响,即无人机数量越多,目标数量越少,其平均任务完成时间越短。 为了提高多架异构无人机在未知环境下协同执行搜索打击任务时的效能,提出了一种未知环境下的异构多无人机协同搜索打击中的联盟组建方法,研究了实时性较高且适应于未知环境下的任务分配机制。以最小化目标打击时间和最小化联盟规模为优化指标,以满足同时打击和资源需求为约束条件,建立了联盟组建模型;为了提高联盟组建的实时性,提出了一种分阶次优联盟快速组建算法(MSOCFA)。算法复杂度分析说明了该算法是一个多项式时间算法,并且通过与粒子群优化算法进行仿真对比,验证了该算法具有较低的计算复杂度,满足实时性要求。为了使得多架无人机能自主协同完成搜索打击任务,设计了基于有限状态机(FSM)的多无人机分布式自主协同控制策略。仿真验证了未知环境下的异构多无人机协同搜索打击中的联盟组建方法的合理性和可行性。使用蒙特卡洛法验证了无人机数量和目标数量对联盟组建的影响,即无人机数量越多,目标数量越少,其平均任务完成时间越短。     

多无人机协同作战武器目标分配建模

针对多无人机作战协同自主性不高的问题,论文通过分析无人机作战的约束条件,综合考虑多无人机协同作战下敌我双方的优势和威胁能力指数,建立了多无人机协同作战武器目标分配的数学模型,并通过仿真验证了该模型能够较好地解决多无人机协同作战武器目标分配问题,对于提高无人机协同作战的效能具有借鉴意义。     

基于T/S-SAS的多无人机四维协同攻击航线生成

针对多无人机攻击目标时间协同以及飞行航线空间协同问题,提出基于时间与空间双协同稀疏A^*搜索(T/S-SAS)算法的多无人机四维协同攻击航线生成算法。改进飞行扩展节点模型,设计基于并发扩展的算法结构,建立时间协同代价计算模型与多机防碰撞约束模型,并开展仿真研究。研究结果表明：所提算法能够增强无人机攻击航线的规划效率、减少不同无人机抵达目标的协同攻击时间极差、解决不同无人机之间的空间防碰撞问题;该算法使多无人机协同攻击航线满足时间/空间约束,提升了多无人机协同时间打击性能及飞行路线空间协同性能,提高无人机协同作战效率与作战能力。     

UAV集群自主协同决策控制的研究现状与分析

无人机集群自主协同决策控制为智能控制技术与平台控制技术的高度综合,是UAV集群协同作战的技术基础。如何通过有效的协同决策控制策略支持战场环境下UAV集群协同攻击多目标,满足在时空约束下以最大的成功概率和最低的风险命中目标,实现UAV集群整体作战效能大于单UAV独立作战效能的总和,是一个极具理论价值和实战意义的问题。对面向协同作战的UAV集群编队,分别从UAV集群协同任务分配、协同航迹规划、一致性协同编队控制、紧密编队中气动耦合问题、编队规避防障控制方面对国内外研究现状进行阐述,并对UAV集群自主协同决策技术研究进行重点分析。     

基于改进A*算法的多无人机协同战术规划

多无人机协同作战是未来无人机作战方式的重要发展趋势。为增强多无人机系统的任务执行能力,提高系统整体作战效能并实现高效资源分配和调度,提出一种基于改进A^*算法的多无人机协同战术规划方法。按照离线规划和重规划两方面,设计战役层和战术层的作战目标迭代优化方案;建立编队协同作战的数学模型,以编队成员间的时间协同和碰撞协同代价为变量,得到多约束条件下的综合编队目标函数;结合多层变步长搜索策略和单步扩展的搜索方式,基于改进A^*算法,用于求解复杂战场环境下的多无人机编队协同作战航路。分别利用改进A^*算法和传统A^*算法进行对比仿真实验。仿真结果表明,多无人机协同战术规划方法能够较好地完成作战任务,改进A^*算法能够获得更优的航路,从而验证了所提算法的有效性。     

基于多蚁群系统的多无人机协同目标搜索方法

针对多UAV协同搜索问题,建立了基于搜索概率图的UAV环境信息描述模型,提出了一种基于多蚁群算法的协同目标搜索算法。该算法由多个蚂蚁种群构成,每个蚂蚁种群负责搜索一架无人机的路径。蚂蚁个体在搜索路径时通过其所在群体的信息素的引导以趋向最优路径,同时,受到来自其它种群的信息素的排斥作用进而避免无效搜索。实验结果表明,该方法能有效地实现多UAV之间的协同,实现路径搜索,减少路径交叠,提高了搜索效能。     

基于协同进化算法的多舰扩方应召反潜搜索方法

反潜作战是现代海战中水面舰艇的主要作战任务之一,对潜搜索行动是水面舰艇反潜作战的重要组成部分,是实施对潜攻击的前提和保证.针对目前常规多舰扩方搜索方法存在搜索效率低、协同能力弱的问题,对现有的2种多舰扩方搜索样式进行协同路径优化.根据舰艇声呐搜索原理以及实际反潜战术的应用,以在固定搜索时长内使得搜索效能最大为目标,建立了2种搜索样式最优协同路径问题的数学规划模型,给出了运用改进的协同进化算法规划多艘舰艇搜索路径的具体求解过程,并通过仿真实验得到不同搜索样式下的多舰协同最优搜索路径.结果表明:该方法具有搜索范围大、搜索效率高的特点,相比常规方法具有较大优势,适用于解决多舰扩方反潜搜索路径规划问题.     

Cooperative Search and Task Allocation Among Heterogeneous Teams of UAVs

A cooperative control method of multi-class UAV（unmanned air vehicle） team is investigated.During the mission,the UAVs perform search,classification,attack and battle damage assessment（BDA） tasks at various locations,which involves a combination of the team intelligence type of decision making combined with control,estimate and real-time trajectory optimization.The search-theoretic approach based on rate of return（ROR） maps is developed to get the cooperative search strategy.Templates are developed and views are combined to maximize the probability of correct target identification over various aspect angles.Monte Carle simulation runs for the scenario to evaluate the performance of the approach with various decision parameters,UAVs distributions and UAV team characteristics.Simulation results show that the cooperative behavior can significantly improve the operational effectiveness of UAV team,and the cooperative control allows for near optimal solution of the correlative behavior of a group of UAVs in battlefield.     

基于协同攻击区的航空集群最优空间构型研究

针对有人/无人机协同攻击中的航空集群最优空间构型问题,提出了基于自适应Tent混沌搜索灰狼优化算法的航空集群空间构型寻优方法。建立空空导弹协同攻击区数学模型,结合协同攻击区边界搜索方法,得到航空集群在任意空间构型下的协同攻击区解算方法;将自适应Tent混沌搜索方法应用到灰狼优化算法中,有效避免原算法易陷入局部最优和搜索速度慢的问题;以协同攻击区域大小作为目标函数,利用改进后的算法对航空集群空间构型进行寻优。仿真结果表明,改进后的算法能够有效地求得使航空集群协同攻击区域最大且我方伤亡最小的最优空间构型,且最优构型下航空集群协同攻击区明显大于单机攻击区的简单叠加。     

多无人机远距突防协同目标搜索决策

针对需要远距突防的不确定区域运动目标的搜索问题,提出了多无人机（UAV）远距突防和协同目标搜索的路径决策。改进基本的二维扩散模型,建立考虑目标运动与地理环境限制条件下的不确定区域扩散模型,在此基础上基于电势场算法和滚动时域控制研究了远距突防与优化路径决策策略。综合考虑不确定性降低收益、平均不确定度与综合抗力,构建协同搜索收益函数,为协同搜索路径决策提供路径优化准则,进行仿真实验。仿真结果表明,本算法能够有效地应对突发威胁与不确定区域扩散,完成多UAV远距突防与协同目标搜索任务。     

一种分布式多无人机协同定距盘旋跟踪制导律

多无人机协同跟踪运动目标既可以全方位探测目标信息,又可以应对外界视线干扰,降低丢失目标的概率,因而具有重要研究意义。基于Unicycle模型提出了一种仅需目标和邻近无人机信息的分布式协同定距跟踪制导律,解决了传统Leader-Follower方法中编队过于依赖Leader的问题,提高了编队网络的鲁棒性。针对静止目标设计了基于相对距离与视线角的分布式多无人机协同制导律,并证明了系统稳定性;该制导律推广至对匀速及变速目标的跟踪制导;利用飞行控制器、模拟飞行软件X-Plane和仿真软件MATLAB/Simulink对上述静止、匀速和变速3种运动模式的目标分别进行协同跟踪半实物仿真,结果验证了所提制导律的有效性。     

直升机悬停双雷齐射初探

针对直升机投雷一般采用单雷射击的现状，提出了采用直升机悬停双雷齐射的方法。通过对双雷齐射搜索面的组织、目标可能位置区域、齐射射击瞄准点的选取以及潜艇规避机动模型的分析，建立了潜艇纯机动规避情况下鱼雷命中概率仿真模型。仿真结果表明，与单雷射击相比，双雷齐射可有效提高对目标的发现概率，并能弥补单雷射击在大舷角时命中概率较低的不足，在相同发现概率条件下双雷齐射对目标的射击距离更远。     

基于动态贝叶斯网络的空袭目标威胁评估

针对现有方法在处理不确定性信息推理上的不足,提出一种威胁评估的动态贝叶斯网络模型。基于对动 态贝叶斯网络的研究及对空袭目标威胁影响因素的分析,给出网络中节点的状态转移概率表和条件概率表,结合证 据观测值推理得到目标威胁的后验概率,对典型航路空袭目标的威胁度进行仿真分析。结果表明：该模型合理有效, 能较准确地反映目标的真实威胁度,从而对空袭目标实施有效的末端拦截。     

多平台反舰导弹协同航迹规划

为了提高反舰导弹突防概率，基于遗传算法提出了一种多平台反舰导弹协同航迹规划算法．首先，重点讨论了协同航迹的评价问题．为了达到同步攻击目的，同时使飞行代价最小，研究提出了随种群进化而变化的时间协同度评价策略．其次，探讨了多平台反舰导弹协同航迹规划算法的分解．最后，通过仿真算例校验了该算法寻优得到的诸航迹不仅可使导弹实现协同攻击，而且可以很好地规避威胁．     

基于强化学习的多发导弹协同攻击智能制导律

为实现多发导弹对目标的协同攻击,提升打击效能,提出一种基于深度确定性策略梯度下降神经网络的强化学习协同制导律。修正了基于线性交战动力学的剩余飞行时间估计方程,不再受小角度假设的约束,进而提高剩余飞行时间估计精度。以各弹的剩余飞行时间误差为协调变量,与各弹的剩余飞行距离一同作为强化学习算法的观测量。利用脱靶量和剩余飞行时间误差构造奖励函数,离线训练生成强化学习智能体。闭环制导过程中,强化学习智能体将实时生成可实现同时打击的制导指令。仿真结果表明：该强化学习制导律能够实现多发导弹对目标的同时攻击;与传统协同制导律相比,强化学习协同制导律的脱靶量较小,攻击时间误差也较小。     

航母编队协同防空作战目标威胁评估

为准确判断来袭目标的威胁程度,使舰艇编队取得最佳的拦截效果,构建一种基于云模型的航母编队协同防空作战目标威胁评估模型。通过分析防空作战威胁评估因素,从攻击能力、攻击意图、攻击速度和舰艇相对价值这4个方面构建威胁评估指标体系,利用每艘舰艇的价值隶属度不同,计算出空袭目标对整个编队的威胁排序,并进行仿真验证。仿真结果表明：该模型能对数据进行合理处理和有效融合,准确快速地得出结果,为航母编队防空作战决策提供一定参考。