何應(yīng)圳

（四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都　610065）

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編隊(duì)協(xié)同接力制導(dǎo)仿真研究

何應(yīng)圳

（四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都610065）

摘要：

關(guān)鍵詞：

0　引言

在未來的海上作戰(zhàn)中，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和雷達(dá)探測技術(shù)在作戰(zhàn)中提供了很強(qiáng)的探測手段并使得數(shù)據(jù)共享，通過編隊(duì)各平臺(tái)各個(gè)裝備的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及協(xié)同接力制導(dǎo)可以大幅提升艦空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能，具有可攻擊距離遠(yuǎn)、精度高、同時(shí)打擊多個(gè)目標(biāo)、編隊(duì)整體配合度高等特點(diǎn)，為了能夠精確的遠(yuǎn)程打擊到目標(biāo)，使得艦船編隊(duì)具備超視距攔截或者打擊能力，超視距攔截或者打擊是指在其艦載制導(dǎo)設(shè)備的制導(dǎo)距離以外攔截或者打擊目標(biāo)［1］，就必須使編隊(duì)間各平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同接力制導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)權(quán)從一個(gè)平臺(tái)到另一個(gè)平臺(tái)的切換。而這個(gè)過程包括了編隊(duì)各平臺(tái)的接力制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)的計(jì)算、下一個(gè)接班平臺(tái)的選擇、交接區(qū)域［2］及時(shí)機(jī)的計(jì)算、制導(dǎo)交接［3］、導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)軌跡。

1　接力制導(dǎo)的流程分析

接力制導(dǎo)［4］的整個(gè)流程如圖1所示。

由圖1可見編隊(duì)協(xié)同接力制導(dǎo)的具體過程為：

（1）發(fā)射平臺(tái)接收到導(dǎo)彈發(fā)射命令，發(fā)射出打擊目標(biāo)的導(dǎo)彈，此時(shí)制導(dǎo)平臺(tái)為發(fā)射平臺(tái)；

（2）接受移動(dòng)目標(biāo)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)共享的我方導(dǎo)彈的位置、速度、方向角度信息，我方各平臺(tái)的最大制導(dǎo)數(shù)量和當(dāng)前制導(dǎo)數(shù)量以及位置、速度、方向角度信息，我方所有平臺(tái)探測設(shè)備共享的敵方目標(biāo)位置、速度、方向角度信息，計(jì)算出各平臺(tái)對于可能將要控制的導(dǎo)彈的優(yōu)先權(quán)值；

（3）選出優(yōu)先權(quán)值最大的并且當(dāng)前制導(dǎo)數(shù)量小于最大制導(dǎo)數(shù)量的平臺(tái)作為下一個(gè)接班平臺(tái)；

（4）當(dāng)前制導(dǎo)平臺(tái)根據(jù)協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)的位置和導(dǎo)彈位置估計(jì)值等信息，實(shí)時(shí)地判斷導(dǎo)彈是否會(huì)超出當(dāng)前制導(dǎo)平臺(tái)的制導(dǎo)范圍，從而確定是否需要接力制導(dǎo)，一旦確定需要協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同制導(dǎo)，則向協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)發(fā)出制導(dǎo)交班請求，否則執(zhí)行步驟2；

（5）由當(dāng)前導(dǎo)彈制導(dǎo)平臺(tái)向接班平臺(tái)發(fā)出導(dǎo)彈制導(dǎo)權(quán)移交請求；

（6）各個(gè)平臺(tái)收到移交請求后先判斷本平臺(tái)是否是被選中的接班平臺(tái)，如果是則接受移交請求；

（7）接班平臺(tái)判斷導(dǎo)彈是否還在平臺(tái)的制導(dǎo)范圍內(nèi)，是則繼續(xù)執(zhí)行，否則執(zhí)行步驟2；

（8）取得導(dǎo)彈控制權(quán)并向上一個(gè)制導(dǎo)平臺(tái)發(fā)出完成移交過程的消息；

（9）完成一次移交過程；

（10）實(shí)時(shí)判斷導(dǎo)彈是否命中目標(biāo)，是則繼續(xù)執(zhí)行，否則執(zhí)行步驟（2）；

（11）完成一次接力制導(dǎo)過程。

在整個(gè)接力制導(dǎo)過程中保證了導(dǎo)彈能夠順利的被控制飛向目標(biāo)，在制導(dǎo)權(quán)交接的時(shí)刻采用了類似于TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的三次握手方法，先由平臺(tái)A向平臺(tái)B發(fā)送移交請求，平臺(tái)B接受移交請求判斷是否可以接受移交，若可以移交則完成移交過程并向平臺(tái)A發(fā)送完成移交的消息，充分保證了制導(dǎo)交接的可靠性。

圖1　接力制導(dǎo)流程圖

2　接力制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)的計(jì)算

在計(jì)算平臺(tái)的對導(dǎo)彈控制的優(yōu)先權(quán)［5］時(shí)，應(yīng)分別考慮對平臺(tái)對導(dǎo)彈的優(yōu)先權(quán)和平臺(tái)對目標(biāo)的優(yōu)先權(quán)，在平臺(tái)對目標(biāo)的優(yōu)先權(quán)中應(yīng)考慮角度、距離（平臺(tái)到目標(biāo)之間的距離、平臺(tái)的制導(dǎo)距離、目標(biāo)的探測距離）、速度以及高度優(yōu)勢因子，對每個(gè)因子要確定在平臺(tái)對目標(biāo)的優(yōu)先權(quán)計(jì)算中所占的權(quán)重；在平臺(tái)對導(dǎo)彈的優(yōu)先權(quán)中應(yīng)考慮角度、距離（平臺(tái)到導(dǎo)彈之間的距離、平臺(tái)的制導(dǎo)距離）、速度，對每個(gè)因子要確定在平臺(tái)對導(dǎo)彈的優(yōu)先權(quán)計(jì)算中所占的權(quán)重；得到平臺(tái)對目標(biāo)及導(dǎo)彈制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)后，兩者相乘即可得平臺(tái)對導(dǎo)彈控制的制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)。

3　制導(dǎo)交接方式分類

協(xié)同接力制導(dǎo)的交接方式一般分為兩種：直接交接和間接交接［2，6］。

直接交接方式就是當(dāng)平臺(tái)A和平臺(tái)B的制導(dǎo)距離有足夠的重疊區(qū)域時(shí)，在平臺(tái)A將導(dǎo)彈M制導(dǎo)權(quán)移交給平臺(tái)B之前，一直有對導(dǎo)彈M的制導(dǎo)權(quán)，根據(jù)打擊目標(biāo)信息實(shí)時(shí)控制導(dǎo)彈M沿著一定的軌跡飛向目標(biāo)，當(dāng)計(jì)算出平臺(tái)B的制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)大于平臺(tái)A時(shí)，平臺(tái)A將實(shí)時(shí)監(jiān)測的導(dǎo)彈信息發(fā)送給平臺(tái)B，在平臺(tái)B接收到導(dǎo)彈信息數(shù)據(jù)并探測到導(dǎo)彈M后，立刻取得導(dǎo)彈控制權(quán)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈控制權(quán)的直接交接。（Vm表示導(dǎo)彈M的速度和在當(dāng)前位置運(yùn)動(dòng)方向）如圖2所示：

圖2　直接交接方式

間接交接方式，當(dāng)平臺(tái)A和平臺(tái)B沒有重疊的制導(dǎo)區(qū)域時(shí)，需要平臺(tái)A根據(jù)當(dāng)前導(dǎo)彈M運(yùn)動(dòng)信息，運(yùn)用插值法，如Lagrange插值、Newton插值或者Hermite插值，預(yù)測出導(dǎo)彈M可能的運(yùn)動(dòng)軌跡，將預(yù)測的導(dǎo)彈M運(yùn)動(dòng)軌跡信息發(fā)送給平臺(tái)B，平臺(tái)B根據(jù)收到的信息在一定范圍搜索導(dǎo)彈M，完成間接交接，若長時(shí)間探測不到導(dǎo)彈M則應(yīng)反饋交接失敗信息給上一個(gè)制導(dǎo)平臺(tái)。如圖3所示：

圖3　間接交接方式

4　交接區(qū)域及時(shí)機(jī)的計(jì)算

要保證制導(dǎo)權(quán)順利的交接，則必須對交接時(shí)間和空間精確把握，才能使得導(dǎo)彈接收控制飛向目標(biāo)，否則可能導(dǎo)致交接失敗，導(dǎo)彈脫離控制。

本文主要對圖2直接交接方式交接區(qū)域及時(shí)機(jī)進(jìn)行討論，根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算的優(yōu)先權(quán)值，當(dāng)計(jì)算得到存在其他平臺(tái)的優(yōu)先權(quán)值大于本平臺(tái)時(shí)，假設(shè)平臺(tái)A是當(dāng)前制導(dǎo)平臺(tái)，平臺(tái)B是下一個(gè)選中接班平臺(tái)，那么只有當(dāng)平臺(tái)A和平臺(tái)B之間的距離小于平臺(tái)A和平臺(tái)B的制導(dǎo)距離之和，并且平臺(tái)A和平臺(tái)B之間的距離小于平臺(tái)A和平臺(tái)B的制導(dǎo)距離之差要小于VT（V表示導(dǎo)彈的運(yùn)行速度、T表示完成交接過程所需的時(shí)間）才可以開始交接。根據(jù)導(dǎo)彈M和平臺(tái)A的位置關(guān)系以、平臺(tái)A的制導(dǎo)距離、導(dǎo)彈M速度方向向量、平臺(tái)A導(dǎo)彈M的向量，可就計(jì)算出導(dǎo)彈M沿著當(dāng)前方向運(yùn)動(dòng)時(shí)到制導(dǎo)范圍邊緣的距離，再根據(jù)導(dǎo)彈M的速度可得導(dǎo)彈沿著當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向再過多長時(shí)間就會(huì)脫離制導(dǎo)范圍，在此之前必須完成交接過程，否則會(huì)導(dǎo)致交接失敗。

5　結(jié)語

本文對編隊(duì)協(xié)同接力制導(dǎo)過程進(jìn)行了分析，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)作了初步的探討，雖然沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方案，但對于未來協(xié)同制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還是有一定的指導(dǎo)意義。然而本文中還提到了很多問題亟待解決，如何實(shí)時(shí)精確地計(jì)算平臺(tái)的對導(dǎo)彈控制的優(yōu)先權(quán)，如何在平臺(tái)間共享數(shù)據(jù)，以及如何選擇合理的交接位置使得導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)軌跡更為平滑。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙永濤，胡云安，李靜.艦空導(dǎo)彈作戰(zhàn)接力切換式制導(dǎo)交接方案設(shè)計(jì).飛行力學(xué)［J］，2011.

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Research on the Simulation of Relay Guidance of Formation Coordination

HE Ying-zhen
（College of Computer Science，Sichuan University，Chengdu 610065）

Abstract：

Keywords：

以編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)，提高編隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)能力為背景，對協(xié)同作戰(zhàn)中的接力制導(dǎo)流程、制導(dǎo)權(quán)交接過程、接力制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)的計(jì)算、制導(dǎo)交接方式、交接區(qū)域及時(shí)機(jī)的計(jì)算進(jìn)行分析和討論，指出接力制導(dǎo)中還需要解決的問題。

接力制導(dǎo)；制導(dǎo)優(yōu)先權(quán)；編隊(duì)；交接時(shí)機(jī)

文章編號：1007-1423（2016）13-0016-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.13.004

作者簡介：

何應(yīng)圳（1992-），男，陜西安康人，研究生，研究方向?yàn)閳D形圖像處理

收稿日期：2016-01-22修稿日期：2016-04-30

In formation work together to improve the formation of cooperative engagement capability as the background，analyzes and discusses the collaborative operation of relay guidance process，the process of transfer of the right guidance，relay guidance priority in calculation，guided transfer mode，the transfer area calculation and timing，points out the problem of relay guidance what is also needed to solve.

Relay Guidance；Guidance Priority；Formation；Transfer Time