周德云,楊 振,張 堃

(西北工業(yè)大學 電子信息學院,陜西 西安 710129)

多UCAV超視距協(xié)同空戰(zhàn)中的交接制導(dǎo)方法

周德云,楊 振,張 堃

(西北工業(yè)大學 電子信息學院,陜西 西安 710129)

針對UCAV隱身性與機動性好但同時通信易受干擾且智能化程度較低的特性,提出了多UCAV超視距協(xié)同空戰(zhàn)的作戰(zhàn)模式。針對該模式下需要將空空導(dǎo)彈的中制導(dǎo)權(quán)移交給友機的問題,給出了交接制導(dǎo)方法。分析了交接制導(dǎo)的過程,結(jié)合超視距協(xié)同空戰(zhàn)的特點,分別建立了UCAV對待交接導(dǎo)彈以及該導(dǎo)彈所攻擊目標的態(tài)勢優(yōu)勢模型,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了UCAV的綜合制導(dǎo)優(yōu)勢模型。根據(jù)該模型設(shè)計了制導(dǎo)權(quán)移交策略,采用粒子群算法進行了優(yōu)化求解,實現(xiàn)了制導(dǎo)權(quán)在多UCAV內(nèi)部的合理交接,在一定程度上提高了UCAV的生存能力和自主決策能力。仿真結(jié)果驗證了所提方法的可行性及有效性。

多無人作戰(zhàn)飛機協(xié)同;空空導(dǎo)彈;超視距空戰(zhàn);交接制導(dǎo)

無人作戰(zhàn)飛機(Unmanned Combat Air Vehicle,UCAV)作為新興的作戰(zhàn)力量在戰(zhàn)爭中的地位日益提高[1]。與有人作戰(zhàn)飛機相比,UCAV沒有駕駛員、座艙及相應(yīng)的生命保障系統(tǒng),使用過載更高,氣動效率更好,外形和橫截面的設(shè)計自由度更大,這些特點保證了UCAV突出的機動性和隱身性優(yōu)勢[2-3]。近年來,在高技術(shù)條件下的信息化戰(zhàn)場上UCAV逐漸向著具有攻擊和殺傷能力的方向迅速發(fā)展。同時為適應(yīng)當前網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)環(huán)境中作戰(zhàn)任務(wù)復(fù)雜多樣性的特點和達到態(tài)勢共享、任務(wù)協(xié)同、合作式攻擊的戰(zhàn)術(shù)要求,將多架UCAV組成編隊協(xié)同作戰(zhàn)已成為各軍事大國競相研究和發(fā)展的熱點[1,4]。

目前,UCAV在實戰(zhàn)中主要應(yīng)用于偵查預(yù)警、防空壓制、通信支援、高風險目標突防以及對地攻擊等作戰(zhàn)任務(wù)[1],而尚未形成對空作戰(zhàn)能力。其主要原因在于,現(xiàn)階段UCAV的智能化程度較低、對戰(zhàn)場變化反應(yīng)能力弱、對衛(wèi)星及地面站依賴性強,使其在未來較長一段時間內(nèi),還難以取代有人機投入到瞬息萬變的近距格斗型空戰(zhàn)中。對此,本文考慮將多UCAV協(xié)同應(yīng)用于超視距空戰(zhàn)中,使用中/遠距空空導(dǎo)彈作為機載武器,在指揮中心的統(tǒng)一指揮下實現(xiàn)先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射,即充當空中“射手”的角色,從而避免復(fù)雜的格斗型空戰(zhàn)。同時,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈[5]和航空電子系統(tǒng)的迅猛發(fā)展以及第四代超視距空空導(dǎo)彈的出現(xiàn)也為這種空戰(zhàn)模式提供了可能。

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,中/遠距空空導(dǎo)彈一般采用“程序制導(dǎo)(慣導(dǎo))+指令修正中制導(dǎo)+主動尋的末制導(dǎo)”的復(fù)合制導(dǎo)方式[6-7],但這種制導(dǎo)方式對載機依賴性較強。如果載機受到攻擊或通信鏈路受到干擾而不得不放棄制導(dǎo)任務(wù)時,可能會導(dǎo)致無法截獲目標。而在多UCAV協(xié)同作戰(zhàn)的條件下,則可以將載機的制導(dǎo)權(quán)移交給編隊內(nèi)的友機,從而維持對導(dǎo)彈持續(xù)穩(wěn)定的制導(dǎo)。這樣不僅大幅提升了UCAV空戰(zhàn)的生存力和整體作戰(zhàn)效能,也促進了戰(zhàn)術(shù)的靈活性。

目前,國外關(guān)于多機協(xié)同交接制導(dǎo)[8-10]的理論研究還比較少見。其中文獻[8]基于多模型自適應(yīng)濾波提出了對來襲尋的導(dǎo)彈進行防衛(wèi)的協(xié)同制導(dǎo)律;文獻[9]在假設(shè)目標的加速度和量測噪聲范圍界限已知的基礎(chǔ)上提出了一種導(dǎo)彈攔截的協(xié)同制導(dǎo)律;文獻[10]基于目標的不確定性機動和區(qū)域防空的概念設(shè)計了防空應(yīng)用中的協(xié)同制導(dǎo)律,而此類協(xié)同制導(dǎo)律中并未研究導(dǎo)彈制導(dǎo)平臺的切換問題。公開的文獻中,目前僅有美軍AIM-120空空導(dǎo)彈被報道[11]過具備協(xié)同交接制導(dǎo)能力,但在實戰(zhàn)中未見使用。

國內(nèi)對于空戰(zhàn)協(xié)同交接制導(dǎo)[6-7,12-14]也進行了相關(guān)的理論性研究。文獻[6]研究了雙機編隊協(xié)同制導(dǎo)的火控機理,并給出了其過程描述。文獻[7]研究了多機空戰(zhàn)協(xié)同制導(dǎo)平臺的選取方法,并分析了制導(dǎo)切換的方式,但并未考慮我方飛機對待交接導(dǎo)彈的制導(dǎo)優(yōu)勢。文獻[12]針對超視距空戰(zhàn)中的多機協(xié)同制導(dǎo)問題給出了制導(dǎo)優(yōu)勢模型,但模型中敵機及其導(dǎo)彈的性能參數(shù)在實際中往往難以準確得到。文獻[13]重點研究了大規(guī)?？湛諏?dǎo)彈制導(dǎo)權(quán)移交問題的快速尋優(yōu)解法,而對于制導(dǎo)權(quán)優(yōu)勢建模并未深入討論。文獻[14]提出了利用“虛擬目標”法對交接制導(dǎo)中的突變信息進行漸進處理,使中制導(dǎo)交接能夠平穩(wěn)進行。

本文從當前UCAV的性能特點出發(fā),提出了一種多UCAV超視距協(xié)同空戰(zhàn)模式,針對其中的制導(dǎo)交接問題,分別從UCAV對導(dǎo)彈和對目標兩方面建立了詳細的制導(dǎo)優(yōu)勢模型,并采用粒子群算法對所設(shè)計的制導(dǎo)權(quán)移交策略進行了優(yōu)化求解,為合理的交接決策提供了理論依據(jù)。

1 交接制導(dǎo)的過程分析

多UCAV超視距協(xié)同空戰(zhàn)中,一個典型的交接制導(dǎo)過程如圖1所示。

首先n架UCAV組成編隊在地面或空中指揮中心的指揮引導(dǎo)下進入作戰(zhàn)空域,編隊間通過數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)信息共享。當敵方目標1被我方UCAV1發(fā)現(xiàn)并進入機載空空導(dǎo)彈的攻擊區(qū)時,即發(fā)起攻擊。導(dǎo)彈發(fā)射后首先進入初始程序制導(dǎo)段,在中制導(dǎo)段開始時,UCAV1用機載雷達對目標1和導(dǎo)彈進行跟蹤、照射。該階段容易被敵方(目標2)發(fā)現(xiàn)并受到攻擊(或者通信鏈路受到干擾),當UCAV1被目標2雷達鎖定并收到告警信號時,隨即撤出制導(dǎo)并進行機動規(guī)避。轉(zhuǎn)由編隊內(nèi)制導(dǎo)優(yōu)勢最大的UCAVn對目標1進行照射,并將目標1的相關(guān)信息形成修正指令傳給導(dǎo)彈,直至彈上的主動導(dǎo)引頭捕獲目標,轉(zhuǎn)入最后的末制導(dǎo)段,完成制導(dǎo)交接。

從上述過程描述中可以看出,由于每架UCAV的戰(zhàn)場相對態(tài)勢不同,從而對導(dǎo)彈實施中制導(dǎo)的能力也并不完全一樣,這種制導(dǎo)能力稱為制導(dǎo)優(yōu)勢[7]。本文建立了詳細的綜合制導(dǎo)優(yōu)勢模型,并據(jù)此給出合理的交接制導(dǎo)決策。

2 綜合制導(dǎo)優(yōu)勢模型

綜合制導(dǎo)優(yōu)勢主要包括編隊內(nèi)各架UCAV對待交接導(dǎo)彈的態(tài)勢優(yōu)勢和對該導(dǎo)彈所攻擊目標的態(tài)勢優(yōu)勢。由于本文假定編隊內(nèi)UCAV型號均相同,故空戰(zhàn)效能優(yōu)勢[7]在此不作考慮。

2.1 UCAV對導(dǎo)彈的態(tài)勢優(yōu)勢

UCAV對導(dǎo)彈的制導(dǎo)優(yōu)勢包括角度優(yōu)勢和距離優(yōu)勢,其相對態(tài)勢如圖2所示。圖2中,qf和qj分別為導(dǎo)彈的方位角和進入角,vu和vm分別為UCAV和導(dǎo)彈的速度,d為UCAV與導(dǎo)彈的距離。其中UCAV與導(dǎo)彈的通信方式包括頭部照射和尾部照射,當0≤|qf|≤90°時采用頭部照射,當90°<|qf|≤180°時采用尾部照射[15]。UCAV要完成對導(dǎo)彈的制導(dǎo),在相對態(tài)勢上需同時滿足以下3個約束條件:①導(dǎo)彈需位于UCAV指令天線的最大搜索角(qf,max)范圍內(nèi);②UCAV需位于導(dǎo)彈尾部天線工作的最大錐角(qj,max)范圍內(nèi);③導(dǎo)彈與UCAV的距離不能超過機載雷達的最大制導(dǎo)距離(dmax)。

(1)

若制導(dǎo)機采用頭部照射,則當|qf|=0且|qj|=0時角度優(yōu)勢值最大,Sq=1;當|qf|=qf,max且|qj|=qj,max時角度優(yōu)勢值最小,Sq=0。若制導(dǎo)機采用尾部照射,則當|qf|=180°且|qj|=0時角度優(yōu)勢值最大,Sq=1;當|qf|=180°-qf,max且|qj|=qj,max時角度優(yōu)勢值最小,Sq=0。其他情況下,制導(dǎo)機與導(dǎo)彈之間無法正常通信,角度優(yōu)勢為0。

根據(jù)距離約束條件可知,距離優(yōu)勢會隨著導(dǎo)彈與制導(dǎo)機距離的增大而減小,于是本文使用文獻[13]中的方法將距離優(yōu)勢建模為

(2)

當3個約束條件均滿足時,UCAV才能對導(dǎo)彈進行制導(dǎo),于是建立UCAV對導(dǎo)彈的態(tài)勢優(yōu)勢為

(3)

式中:α1+α2=1,0≤α1≤1,0≤α2≤1,α1和α2由專家經(jīng)驗值給出,本文取α1=α2=0.5。

2.2 UCAV對目標的態(tài)勢優(yōu)勢

參與交接制導(dǎo)的UCAV相對于被攻擊目標的態(tài)勢優(yōu)勢越明顯,其所處的交接環(huán)境就越有利,制導(dǎo)能力也就越強。UCAV協(xié)同空戰(zhàn)中與目標的相對態(tài)勢如圖3所示。

圖3中,Qf和Qj分別為目標的方位角和進入角,vu和vt分別為UCAV和目標的速度,D和Δh分別為UCAV與目標的距離和高度差,vc為UCAV與目標在視線上的接近速度。

超視距空戰(zhàn)中,為實現(xiàn)對目標的有效跟蹤且同時避免被敵方攻擊,應(yīng)保證相對目標角度占優(yōu)。其中Qf越大,則導(dǎo)彈離軸角越大,相應(yīng)的攻擊范圍減小,優(yōu)勢變小。而Qj越大,則導(dǎo)彈的攻擊區(qū)范圍越大,優(yōu)勢增大[16]。據(jù)此,本文結(jié)合機載雷達最大探測角(qr)、導(dǎo)彈最大離軸發(fā)射角(qm)、導(dǎo)彈最大不可逃逸圓錐角(qk)以及相對幾何態(tài)勢,使用文獻[17]中方法對方位角優(yōu)勢SQf與進入角優(yōu)勢SQj分別進行建模,其中引入了文獻[18]中優(yōu)勢區(qū)、均勢區(qū)和逃避區(qū)的劃分原理進行角度分界,即:

(4)

(5)

因為目標方位角和進入角對態(tài)勢優(yōu)勢的影響有較強的耦合關(guān)系,故建立角度優(yōu)勢函數(shù)為

(6)

式中:權(quán)值系數(shù)β1+β2=1,0≤β1≤1,0≤β2≤1。由于當Qf較小時,Qf對角度優(yōu)勢影響較大;Qf較大時,Qj對角度優(yōu)勢影響較大[16]。本文據(jù)此特性對傳統(tǒng)的常數(shù)權(quán)值進行改進,令β1=(k1-|Qf|)/k2,使β1隨|Qf|的增大而減小,同時β2隨之增大,其中k1和k2由專家經(jīng)驗值給出。本文取k1=225,k2=270。

傳統(tǒng)的距離優(yōu)勢建模中,通常將導(dǎo)彈的攻擊區(qū)視為球形,而實際卻與此相差甚遠。其中Qj對攻擊區(qū)的影響最大,所以本文參考文獻[17]中方法,同時將Qj引入到距離優(yōu)勢中建模為

(7)

式中:Rr為機載雷達最大探測距離,Rm為導(dǎo)彈最大攻擊距離,Rk,max為導(dǎo)彈最大不可逃逸區(qū)最大距離,Rk,min為導(dǎo)彈最大不可逃逸區(qū)最小距離,c為與Qj相關(guān)的約束系數(shù)。導(dǎo)彈的實際攻擊區(qū)邊界會隨著進入角|Qj|的減小而遞減,即迎頭攻擊時最大,側(cè)向攻擊時次之,尾追時最小。據(jù)此特性將c定義為

(8)

式中:λ為常值,其值決定不同導(dǎo)彈攻擊區(qū)邊界隨進入角變化的幅度,本文取λ=260。

根據(jù)空戰(zhàn)經(jīng)驗可知,當UCAV角度占優(yōu)時,D越小,優(yōu)勢越大;而當UCAV角度處于劣勢時,D越大,優(yōu)勢越大。故當角度占優(yōu)時,應(yīng)使vc>0,以減小相對距離;而角度處于劣勢時,應(yīng)使vc<0,以增大相對距離。據(jù)此建立符合上述特征的類似反正切函數(shù)形式的速度優(yōu)勢為

(9)

超視距空戰(zhàn)中,其他條件一致,而UCAV適度高于目標時,則其態(tài)勢會更優(yōu)。但Δh過大也會對UCAV和導(dǎo)彈的性能產(chǎn)生影響,并且使導(dǎo)彈攻擊目標時,需要在垂直面內(nèi)作大幅機動。據(jù)此建立符合上述特征的高度優(yōu)勢函數(shù)為

(10)

式中:Δhp為UCAV與目標的最佳高度差,Δh在Δhp附近時高度優(yōu)勢取得較大值,反之取得較小值;ω為常值,其值決定高度優(yōu)勢曲線的變化,本文取ω=1.5。

綜上所述,并考慮到空戰(zhàn)中角度與距離優(yōu)勢的強耦合性,建立UCAV相對目標的態(tài)勢優(yōu)勢為

(11)

式中:λ1+λ2+λ3=1,0≤λ1≤1,0≤λ2≤1,0≤λ3≤1;βQ+βD=1,0≤βQ≤1,0≤βD≤1,可由專家經(jīng)驗值給出。結(jié)合超視距空戰(zhàn)的特點,本文取λ1=0.6,λ2=0.2,λ3=0.2,βQ=0.5,βD=0.5。

2.3 UCAV的綜合制導(dǎo)優(yōu)勢

綜合UCAV分別對導(dǎo)彈和目標的態(tài)勢優(yōu)勢,可得UCAV的綜合制導(dǎo)優(yōu)勢:

S=ε1·SM+ε2·ST

(12)

式中:ε1,ε2分別為UCAV對待交接導(dǎo)彈和該導(dǎo)彈所攻擊目標的態(tài)勢優(yōu)勢的權(quán)值系數(shù),且有ε1+ε2=1,0≤ε1≤1,0≤ε2≤1,本文取ε1=0.6,ε2=0.4。

3 制導(dǎo)權(quán)移交策略

3.1 制導(dǎo)權(quán)移交模型

假設(shè)空戰(zhàn)中,我方UCAV有M架,敵機有N架,某一時刻有K枚導(dǎo)彈需要制導(dǎo)交接,其中第j枚導(dǎo)彈攻擊第j架敵機。通過上述計算方法,可根據(jù)第i架UCAV分別對第j枚導(dǎo)彈和第j架敵機的態(tài)勢優(yōu)勢得到其綜合制導(dǎo)優(yōu)勢值Sij。這里,i∈I,I={i|i=1,2,…,M且i?t},t為請求交接制導(dǎo)的UCAV編號集合;j=1,2,…,K。

制導(dǎo)權(quán)移交的任務(wù)就是尋找一組解xij,使得總體制導(dǎo)優(yōu)勢最大,同時滿足各種約束條件。即:

(13)

約束條件為

(14)

(15)

xij∈{0,1}

(16)

式(14)表示每枚導(dǎo)彈只選擇一架UCAV進行制導(dǎo)交接,式(15)表示第i架UCAV最多制導(dǎo)Li枚導(dǎo)彈,式(16)表示第i架UCAV是否執(zhí)行對第j枚導(dǎo)彈的制導(dǎo)交接任務(wù),1為是,0為否。可以看出,制導(dǎo)權(quán)移交模型是一個典型的非線性規(guī)劃模型,該模型的求解復(fù)雜度會隨著維數(shù)(待交接導(dǎo)彈數(shù)、可執(zhí)行制導(dǎo)任務(wù)的UCAV數(shù)和單架UCAV最多所能制導(dǎo)的導(dǎo)彈數(shù))增加而呈指數(shù)級增加,窮舉法將難以應(yīng)對。

3.2 基于粒子群算法的制導(dǎo)權(quán)移交策略

對于3.1節(jié)中的非線性規(guī)劃模型,當前廣泛采用遺傳算法、粒子群算法等智能算法及其組合優(yōu)化算法進行求解,由文獻[19]可知,粒子群優(yōu)化算法在尋找最優(yōu)解效率上要優(yōu)于遺傳算法,時效性更好。因此本文采用粒子群優(yōu)化算法[20]對上述模型進行尋優(yōu)求解。根據(jù)需要交接制導(dǎo)的導(dǎo)彈數(shù)量,令粒子維度為K?？紤]到粒子搜索過程中的連續(xù)性和隨機性,將粒子的位置向量編碼為I中元素的“指針”形式:(p1,p2,…,pj,…,pK),其中pj表示將第j枚待交接導(dǎo)彈的制導(dǎo)任務(wù)移交給I中第pj個元素所代表的UCAV。然后將相應(yīng)的xij置為1,再代入到式(13)中求解適應(yīng)度值。

應(yīng)用粒子群算法求解制導(dǎo)權(quán)移交模型,主要有以下2個問題:①粒子在位置、速度更新時會出現(xiàn)小數(shù);②在搜索過程中會出現(xiàn)不滿足約束條件的解。對此,本文將算法做出以下改進:對于小數(shù)問題,以“取整”的方式保證取值的合理性。對于不滿足約束條件的解,可以將其所求得的制導(dǎo)優(yōu)勢重置為0。本文仿真中設(shè)置種群大小為10,迭代次數(shù)為50,學習因子均設(shè)為2,最大和最小速度分別設(shè)為1和-1。

4 仿真結(jié)果與分析

為了方便描述空戰(zhàn)態(tài)勢和制導(dǎo)優(yōu)勢,本文仿真中設(shè)置如下空戰(zhàn)場景:我方空戰(zhàn)編隊由相同型號的7架UCAV組成(U1,U2,…,U7);水平初始位置分別為(0,20),(8,20),(15,20),(20,20),(20,15),(20,8),(20,0),單位為km;初始高度均為5 km;速度均為320 m/s。敵方由4架飛機(T1,T2,T3,T4)構(gòu)成;水平初始位置分別為(120,130),(125,125), (130,120),(135,115),單位為km;初始高度均為7 km;速度均為380 m/s。導(dǎo)彈速度為1 km/s。

文中相關(guān)參數(shù):qf,max=70°,qj,max=35°,dmax=100 km,qr=70°,qm=40°,qk=20°,Rr=150 km,Rm=110 km,Rk,max=55 km,Rk,min=20 km,Δhp=2 km,Li=2。

整個超視距協(xié)同空戰(zhàn)過程中的UCAV、敵機和導(dǎo)彈的飛行軌跡如圖4所示。

圖4中UCAV分別為U1,U2,…,U7;導(dǎo)彈分別為M1,M2,M3,M4;敵機分別為T1,T2,T3,T4。仿真中的攻擊方案為:U3發(fā)射M1攻擊T1,U4發(fā)射M2和M3分別攻擊T2和T3,U5發(fā)射M4攻擊T4,其中導(dǎo)彈采用經(jīng)典比例導(dǎo)引法[21]制導(dǎo)。敵機作相應(yīng)機動飛行,我方UCAV編隊散開,各自追蹤敵機。空戰(zhàn)過程中,U4和U5受到敵機T3的攻擊,并在第115s時請求交接制導(dǎo)進行機動規(guī)避。

按照本文的計算方法,得到該時刻編隊內(nèi)UCAV的綜合制導(dǎo)優(yōu)勢如表1所示,其中M2、M3、M4為待交接導(dǎo)彈,U4和U5因受到攻擊而撤出制導(dǎo),U3由于已制導(dǎo)M1,故其只能再接受一枚導(dǎo)彈的交接任務(wù)。

表1 UCAV綜合制導(dǎo)優(yōu)勢

按照本文的粒子群算法求解得到制導(dǎo)權(quán)移交策略為:M2交由U3制導(dǎo),M3和M4均交由U6制導(dǎo)。其中交接前后的制導(dǎo)關(guān)系如表2所示,粒子群算法的適應(yīng)度值η隨迭代次數(shù)變化的曲線如圖5所示,η即為式(13)中的總體制導(dǎo)優(yōu)勢值,J為迭代次數(shù)。

表2 交接前后制導(dǎo)關(guān)系對比

由圖5可以看出最優(yōu)適應(yīng)度值很快收斂,結(jié)合表1中數(shù)據(jù)可知,該制導(dǎo)權(quán)移交策略符合總體制導(dǎo)優(yōu)勢最大化的原則,是全局最優(yōu)解。

最后給出各架UCAV分別對M2,M3和M4的綜合制導(dǎo)優(yōu)勢值S2,S3和S4隨時間變化的曲線,如圖6～圖8所示。

根據(jù)圖6～圖8中UCAV對待交接導(dǎo)彈的制導(dǎo)優(yōu)勢變化曲線,可以看出本文綜合制導(dǎo)優(yōu)勢建模的準確性以及制導(dǎo)權(quán)移交策略的合理性。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合當前UCAV的性能特點,提出了一種適合UCAV對空作戰(zhàn)的超視距協(xié)同空戰(zhàn)模式。針對其中制導(dǎo)交接問題,分別分析了UCAV對導(dǎo)彈和對目標的態(tài)勢優(yōu)勢,據(jù)此建立了綜合制導(dǎo)優(yōu)勢模型。并采用粒子群算法對所設(shè)計的制導(dǎo)權(quán)移交策略進行了優(yōu)化求解,實現(xiàn)了制導(dǎo)權(quán)在多UCAV內(nèi)部的合理交接。在一定程度上提高了UCAV的生存能力和自主決策能力,保證了對敵方的有效攻擊,具有較好的理論意義及軍事應(yīng)用前景。

[1] 黃長強,翁興偉,王勇,等.多無人機協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2012:1-7. HUANG Chang-qiang,WENG Xing-wei,WANG Yong,et al.Cooperative combat technology for multi-UAVs[M].Beijing:National Defense Industry Press,2012:1-7.(in Chinese)

[2] 朱自強,王曉璐,陳澤民,等.無人駕駛飛行器的氣動特點和設(shè)計[J].航空學報,2006,27(2):161-174. ZHU Zi-qiang,WANG Xiao-lu,CHEN Ze-min,et al.Aerodynamic characteristics of unmanned aerial vehicles and its shape design[J].Acta Aeronautica Et Astronautica Sinica,2006,27(2):161-174.(in Chinese)

[3] 陳哨東,孫隆和.先進無人戰(zhàn)斗機(UCAV)系統(tǒng)概念[J].火力與指揮控制,2003,28(6):10-13. CHEN Shao-dong,SUN Long-he.The concept of advanced UCAV system[J].Fire Control & Command Control,2003,28(6):10-13.(in Chinese)

[4] 朱華勇,張慶杰,沈林成.提高無人作戰(zhàn)飛機協(xié)同作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵技術(shù)[J].控制工程,2010(S1):52-55. ZHU Hua-yong,ZHANG Qing-jie,SHEN Lin-cheng.Technologies for promoting cooperatively combat capability of UCAV[J].Control Engineering of China,2010(S1):52-55.(in Chinese)

[5] 李宏智.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展與作戰(zhàn)應(yīng)用[J].艦船電子工程,2010,30(4):1-5. LI Hong-zhi.Development and operational application of tactical data links[J].Ship Electronic Engineering,2010,30(4):1-5.(in Chinese)

[6] 高堅,佟明安.雙機編隊協(xié)同制導(dǎo)的火控機理[J].火力與指揮控制,2009,34(12):38-40. GAO Jian,TONG Ming-an.Fire control principle on cooperative guidance with two-fighters team[J].Fire Control & Command Control,2009,34(12):38-40.(in Chinese).

[7] 肖冰松,方洋旺,胡詩國,等.多機空戰(zhàn)協(xié)同制導(dǎo)決策方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2009,31(3):610-612. XIAO Bing-song,FANG Yang-wang,HU Shi-guo,et al.Decision methods for cooperative guidance in multi-aircraft air warfare[J].Systems Engineering and Electronics,2009,31(3):610-612.(in Chinese)

[8] SHAFERMAN V,SHIMA T.Cooperative multiple model adaptive guidance for an aircraft defending missile[J].Journal of Guidance Control and Dynamics,2010,33(6):1 801-1 813.

[9] PIET-LAHANIER H,KAHN A,MARZAT J.Cooperative guidance laws for maneuvering target interceptions[J].Automatic Control in Aerospace,2013,19(1):301-306.

[10] SHIN H S.Study on cooperative missile guidance for area air defence[D].England:Cranfield University,2010.

[11] 張明德.認識真實的空空導(dǎo)彈(三)[J].航空檔案,2007(8):34-47. ZHANG Ming-de.The real air to air missile[J].Aviation Archives,2007(8):34-47.(in Chinese)

[12] 冉華明,周銳,吳江,等.超視距空戰(zhàn)中多機協(xié)同制導(dǎo)方法[J].北京航空航天大學學報,2014,40(10):1 457-1 462. RAN Hua-ming,ZHOU Rui,WU Jiang,et al.Cooperative guidance of multi aircraft in beyond-visual-range air combat[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2014,40(10):1 457-1 462.(in Chinese)

[13] 費愛國,張陸游,劉剛,等.基于粒子群拍賣混合算法的空空導(dǎo)彈制導(dǎo)權(quán)移交技術(shù)[J].宇航學報,2013,34(3):340-346. FEI Ai-guo,ZHANG Lu-you,LIU Gang,et al.The technique for air-to-air missile guidance superiority handover based on particle swarm auction hybrid algorithm[J].Journal of Astronautics,2013,34(3):342-346.(in Chinese)

[14] 刁興華,方洋旺,張磊,等.中遠程空空導(dǎo)彈多機協(xié)同中制導(dǎo)交接方法[J].國防科技大學學報,2014,36(3):77-82. DIAO Xing-hua,FANG Yang-wang,ZHANG Lei,et al.Method of guidance handover in midcourse guidance phase of air-to-air missile about cooperative multi-platform[J].Journal of National University of Defense Technology,2014,36(3):77-82.(in Chinese)

[15] 刁興華,方洋旺,王鵬,等.對地攻擊協(xié)同制導(dǎo)決策方法[J].電光與控制,2011,18(3):52-55. DIAO Xing-hua,FANG Yang-wang,WANG Peng,et al.Cooperative guidance decision-making in air-to-ground attacking[J].Electronics Optics & Control,2011,18(3):52-53.(in Chinese)

[16] 吳文海,周思羽,高麗,等.基于導(dǎo)彈攻擊區(qū)的超視距空戰(zhàn)態(tài)勢評估改進[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2011,33(12):2 679-2 685. WU Wen-hai,ZHOU Si-yu,GAO Li,et al.Improvements of situation assessment for beyond-viual-range air combat based on missle launching envelope analysis[J].Systems Engineering and Electronics,2011,33(12):2 679-2 685.(in Chinese)

[17] 肖冰松,方洋旺,胡詩國,等.一種新的超視距空戰(zhàn)威脅評估方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2009,31(9):2 163-2 166. XIAO Bing-song,FANG Yang-wang,HU Shi-guo,et al.New threat assessment method in beyond-the-horizon range air combat[J].Systems Engineering and Electronics,2009,31(9):2 163-2 166.(in Chinese)

[18] 藍偉華,林南粵.單機對單機交戰(zhàn)幾何態(tài)勢分析[J].電光與控制,2004,11(4):14-16. LAN Wei-hua,LIN Nan-yue.Geometric situation analysis for one aircraft to one aircraft engagement in air combat[J].Electronics Optics & Control,2004,11(4):14-16.(in Chinese)

[19] 沈艷,郭兵,古天祥.粒子群優(yōu)化算法及其與遺傳算法的比較[J].電子科技大學學報,2005,34(5):696-699. SHEN Yan,GUO Bing,GU Tian-xiang.Particle swarm optimization algorithm and comparison with genetic algorithm[J].Journal of Electronic Science and Technology,2005,34(5):696-699.(in Chinese)

[20] KENNEY J,EBERHART R C.Particle swarm optimization[C]//IEEE International Conference on Neural Networks.USA:IEEE,1995:1 942-1 948.

[21] 錢杏芳,林瑞雄,趙亞男.導(dǎo)彈飛行力學[M].北京:北京理工大學出版社,2000:102-108. QIAN Xing-fang,LIN Rui-xiong,ZHAO Ya-nan.Missile flight aerodynamics[M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,2000:102-108.(in Chinese)

Method of Guidance Handover in Beyond-visual-range Coordinated Air-combat for Multi-UCAVs

ZHOU De-yun,YANG Zhen,ZHANG Kun

(School of Electronics and Information,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710129,China)

UCAV has superior mobility and stealth performance while the stability of communication system and intelligence level are poor at present.According to these features,a beyond-visual-range coordinated air-combat mode for multi-UCAVs was proposed.To investigate the handover of guidance power from intermediate-range air-to-air missiles to other friendly UCAVs,a method of guidance handover was proposed.The process of guidance handover was analyzed in principle.Then the situational superiority models of UCAVs to the missile whose guidance power needed to be turned over and the target of missile were established.Based on these models,the comprehensive guidance superiority model of UCAVs was constructed.The strategy of guidance handover was designed according to this model,and solved by particle-swarm optimization algorithm.The reasonable handover of guidance power among multi-UCAVs was realized,and the survivability and autonomous decision-making capacity of UCAV were improved to some extent.The simulation result verifies the feasibility and validity of the method.

multi-UCAVs cooperation;air-to-air missile;beyond-visual-range air combat;guidance handover

2016-06-05

國家自然科學基金項目(61401363);航空科學基金項目(20155153034)

周德云(1964- ),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向為先進航空火力控制。E-mail:nwpuyz@foxmail.com。

楊振(1993- ),男,博士研究生,研究方向為復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真。E-mail:1533422060@qq.com。

V448.1

A

1004-499X(2017)02-0001-07