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常规导弹联合作战火力运用方法研究

归档日期:07-25       文本归类:计划火力      文章编辑:爱尚语录

  2007年5月系统仿真学报@ Journal SystemSimulation 、,01.19No 9May2007 常规导弹联合作战火力运用方法研究 (1.第二炮兵工程学院研究生队,陕西西安710025;2.海军潜艇学院导弹系,山东青岛266071)摘要:联合火力打击作为一种独立的作战样式,目前还缺乏深层次的定量分析。建立了联合作战 火力运用主要环节的数学模型,并立足于最优化的观点,改进了相应算法.采用改进的层次分析 法进行目标选择,将款论优化理论引入到瞄准点选优过程中,并提出了一种基于遗传算法的火力 最优分配方案.上述算法不仅提高了计算效率,也是进行仿真系统开发的理论基础。最后给出了仿 真示例。 关键词:联合作战;火力运用;层次分析法;数论方法;遗传算法 中图分类号:E8 文献标识码:A 文章编号:1004—731X(2007)09.2118—03 Research FiringEmployment Method ConventionalMissile CombinedOperations HUANG Lu.weil,BI Yi.min91,YANG Ji-fen92 (1.Brigade ofGraduate,The SccondArtillery Engineering College,Xi’an 710025,China; 2.Dept.ofMissile,Navy SubmarineAcademyQingdao 266071,China) Abstract:As acampaign pattern,the combined firing employment stilllack quantitativeanalysis deeplevel present.Themathematical models majorcoverage offiring employment were builtand based optimization,thecorresponding algorithms were improved.The method ofAHP(analytic hierarchy processJ targetselection,the optimization theory numbertheoretic method optimumaiming-points selectionand one kind optimalscheme offirepower distributing based GA(geneticalgorithm)was proposed.The algorithms mentioned above onlyincrease calculationefficiency,but also become theoryfoundation simulationsystem.The emulational example alsogiven. Key words.combined operations;firing employment;analytic hierarchy process;number theoretic method;genetic algorithm 引言联合火力打击是世界近几场局部战争中新出现的建立 在高技术基础上的一种作战样式。火力运用是联合战役中作 战指挥的核心内容,并直接制约着指挥决策支持的准确性。 常规导弹联合作战火力运用的各个阶段,涵盖了目标选 择、毁伤程度界定、瞄准点选择、耗弹量计算以及火力分配 等一系列优化问题,同时还要对生存能力、突防能力有影响 的一些随机因素、不确定因素和其他动态变化因素加以分析 和运筹。因此,必须针对火力运用每一个阶段的任务,提出 解决问题的最优化模型和方法,并在此基础上建立科学计算 和综合筹划的仿线】。 目前,关于联合作战火力运用问题的研究尚处于起步阶 段,定性分析较多,还缺乏深层次的定量分析。文章立足于 常规导弹联合作战背景,着重对于火力运用的主要环节进行 了方法性的探讨,给出了仿真示例,并在此基础上研究了火 力运用仿真系统的组成结构。 收藕日期l 2006—01—07 修回日期l 2006.04.28 作者简介。黄路炜(1981、),男,湖北潜江人,博士生,研究方向为作战模 拟与仿线一),男,山东信阳人,博导,教授,研究方向为作 战模拟与仿线.),男,吉林柳河人,助教。 联合作战打击目标选择 联合作战火力打击的目标种类多、数量大、分布广,大 致包括战略核力量目标、常规军事力量目标以及指挥、通信 和情报系统目标。如何量化目标重要性,确定目标打击顺序, 是联合作战目标选择的核心内容。目前有关目标选择方法包 括模糊评判法、灰色系统方法等,文章探讨了一种改进的层 次分析法【2】。 层次分析法的通常做法是在各指标下对两两方案进行 比较,按1~9标度法构造判断矩阵,然后在判断矩阵的基础 上进行方案的优劣排序,最后综合各指标的情况进行方案的 优劣总排序,从而确定出“最优”方案。但是目标选择过程 中往往涉及到大量的定量型指标,而对于这些指标,按照 1,9标度法建立判断矩阵是比较困难的。基于此,文章采用 了一种改进的层次分析法,直接利用原始数据去构造判断矩 阵。下面详细论述定量型指标的判断矩阵构造方法。 设某多目标决策问题有m个指标G,,G2,…,Gm,已拟 定n个方案A1,A2,…,A,方案A在指标G,下的取值为 a其中f-1,2,…,n;j=l,2,…,m。那么,方案层的n个方 案相对于准则层中某一指标G;,通过两两方案比较,可构 造如下判断矩阵: C,=【clt’Ira。.(J=1,2,…,m) 2118万方数据 2007年5月黄路炜,等:常规导弹联合作战火力运用方法研究 、,01.19No.9 May,2007 若GJ为正向指标,有:G’=aU/a盯 若GJ为负向指标,奄:Co=ag{nq 即指标值越大方案越有利。 即指标值越小方案越有利。 若Gf为中心指标,即指标值与中心值口巧的差值越小方案越有利。 根据一致性矩阵的定义,对于任意一种指标,判断矩阵C;满足: 亦即上述方法构造的判断矩阵均满足完全一致性条件。对于一致性判断矩阵C,,设相应的权重向量为 W=暇,we,…,暇】7,则由层次分析法原理可知: WW啊孵彤 群w2 Wj w2 孵w2 彤Cnc0…C。j上式各列元素相加,归一化后的权重值为: 利用上式计算权重是很容易的,不需要运用方根法或幂法进行求解,计算效率明显提高。 2联合作战瞄准点选择 联合作战的瞄准决策问题可以描述如下:设有枚性能 不尽相同的常规导弹武器,打击某一区域中的个性质不尽相 同的目标。如何决策这枚导弹的瞄准点,使得对这个目标 打击效果达到极大。瞄准决策问题涉及参数较多,考虑到发 射时的随机误差,使问题成为数学上的一个多元多峰函数的 优化问题。在数学上无法给出解析解,也无法运用非线性优 化理论上各种流行的梯度法来求解。 文章总结了前人瞄准决策的经验,采用数论优化理论【3n 进行瞄准点选优。具体方法为:首先采用数论中的均匀布点 法(可以交叉使用前进法)取得初始点,使其落入总体极值 点的邻域里,然后运用逐步缩小邻域的序贯加密的前进法, 搜索到总体最佳决策点,二者交错使用。 2.1初始瞄准点的选取 (1)根据目标点坐标确定包含瞄准点的凸闭包; (2)在凸闭包内运用前述方法均匀布点,记录下这些 点,作为待选点。逐个计算目标函数在这些待选点上的值, 记录下最大值及其与之对应的待选点坐标,作为第一个瞄准 点的初始点。调整目标价值,以此类推,选取其它瞄准点的 初始点值,这样得到n发导弹的瞄准点; (3)在选取第7发导弹的瞄准点时,只考虑了前.『_1发导 弹对其的影响,而未考虑后n0发导弹的影响。因此采用前 进法迸一步寻优,以期得到最优初始瞄准点。所谓前进法, 就是指每次固定n-1个瞄准点,调整目标价值后,选出剩下 一枚弹的相对最优点,这样循环数次,待结果稳定后停止。 这种方法基于一种反复调整的思想,特别适用于参数差别很 大的情况,常常可以自动调整到总体最优。如果参数差异不 大,最好根据毁伤半径适当排序,仍可捕捉到总体最优点。 2.2瞄准点加密选优 在确定了初选的瞄准点后,我们可以采用序贯加密的前 进法使瞄准点逐步优化,并逼近总体最佳决策瞄准点。 加密选优的前进法是计算思想基于逐步缩小搜索区域 的算法。具体步骤为: 第0步:给定一组瞄准点f咒(o),f=1,2,…,n},k-0, 设定优化方形边长Z和界限万; 第1步:设已经进行到置步,得到优化的瞄准点 形,并在方形中用前述方法均匀布点;第2步:对新布的这些点采用前进法选出最优点 (yic。+1),f=1,2,…,冗】,七一七+l; 第3步:如果l/2t<J结束; 第4步:否则返回第1步。 3联合作战任务规划 联合作战任务规划的核心内容为波次划分和具体的波 次规划。火力分配是波次规划的重中之重。在此仅对火力分 配问题进行探讨。火力的最优分配是指在某个发射波次内, 对于给定的打击目标和可以使用的弹量,最大限度的发挥诸 火力单位效能,从而达到对目标的最大毁伤效果【4]。文章采 用一种基于遗传算法的大规模火力最优分配方法。 (1)编码方案 拟采用整数编码方案。每个染色体由一个火力分配矩阵 组成,表示一种火力分配方案,而染色体的长度为Z=kn。 采用整数编码方案的显著优点是直观明了,无需译码,有效 降低了染色体长度,提高了遗传操作速度。 (2)染色体选择 选择算子采用标准遗传算法(cGA)中常用的比例选择 算子。选择方法采用轮盘赌选择。在此采用一种改进的最佳 个体保留策略,主要思想是使每一代最佳个体不仅能被保持 到下一代,同时还能参加进化过程。 (3)染色体交叉和变异 根据实际情况,CGA的交叉算子已不再适用,需做改 进。根据导弹的类型数,将染色体分为k段,分别进行段内 交叉。同样,变异操作也需限制在同一基因段内,其译码意 义在于分别对同一批次的导弹进行重新分配。变异操作采用 非均匀变异。 其具体步骤为: 2119万方数据 2007年5月系统仿线步:确定编码方案,拟采用整数编码; 第1步:确定GA控制参数。包括种群规模,遗传代 数G,交叉概率只和变异概率己; 第2步:设置遗传代数计数器i,将其初值置为0; 第3步:随机产生初始种群,即第i代种群,记为P(f); 第4步:计算种群中各个个体的适应度; 第5步:对第i代种群进行遗传操作,产生新一代种群 P“+1); 第6步:将i值赋给f+1,即i=i+1,并判断i是否大于 等于G。若成立,进化终止,输出当代所有非劣解,反之转 4仿真系统设计仿真系统设计应立足于常规导弹联合作战实际,综合模 拟火力打击的全过程以及打击效果的评估。主要功能包括: 数据管理和查询、火力运用全过程模拟、火力方案评估以及 系统维护等。 系统由三大部分组成,其组成结构如图1所示: 图1仿线仿真示例 假设由于联合作战的需要,须在某时间段对敌10个机 场进行袭扰性打击,毁伤效果指标值为0。3。我方导弹数量 为:甲种弹140枚,乙种弹200枚,丙种弹140枚,丁种弹 200枚。目标选择结果如表1所示: 表1目标选择结果 目标编号 MB02 MB01 MB04 MB03 MB08 重要性量化0.1665 0,1450 0.1382 0.1253 0.0841 打击顺序 12345目标编号 MB05 MB06 MB07 MB09 MBl0 重要性量化0.0735 0.0706 0.0699 0.0654 0.0616 打击顺序 678910 出于导弹性能的考虑,拟采用乙、丙两种导弹对敌进行 打击。经过500次仿线 武器类型 丙种弹 丙种弹 乙种弹 乙种弹 丙种弹 1010 13 10 10 毁伤概率0。404 0,409 0.383 0.416 0,404 目标编号 MB05 MB06 MB07 MB09 MBl0 武器类型 乙种弹 乙种弹 乙种弹 乙种弹 乙种弹 8878毁伤概率0.3780.394 0.408 0.332 0.394 10枚丙种弹对敌方目标MB02实施打击的瞄准点选择 结果如表3所示: 衰3瞄准点选择鲭粟 序号 12345横坐标 2449.48 2004.12 291.20 119.90 2723.54 纵坐标 22.48 20.93 25.58 21.45 19.90 序号 678910 横坐标 2449.48 2757.80 1250.43 154.16 1901.34 纵坐标 9.78 1.01 17.19 1.69 12.02 6结论 关于常规导弹联合作战火力运用问题是一个难度很大 的问题,有许多环节尚待解决。文章提到的联合作战只是常 规导弹内部间的联合,并仅仅对其涉及到的一般性问题作了 初步的理论和应用方面的研究,还有许多问题需做更深入的 研究。例如毁伤效果指标选择问题,与其他兵种协同作战问 题等等。 参考文献: 邱成龙.地地导弹火力运用原理【M】.北京:国防工业出版社,2001. 赵焕臣,许树柏,和金生.层次分析法【M】.北京:科学出版社,1986. 华罗庚,王元.数论在近似分析中的应用【M】.北京:科学出版社,1978. 张最良,李长生,赵文志,等.军事运筹学[M】.北京:军事科学出版社,1993. 2120万方数据 常规导弹联合作战火力运用方法研究 作者: HUANGLu-wei, BI Yi-ming, YANG Ji-feng 作者单位: Lu-wei,BIYi-ming(第二炮兵工程学院研究生队,陕西,西安,710025) 杨继锋,YANGJi-feng(海军潜艇学院导弹系,山东,青岛,266071) 刊名: 系统仿真学报 英文刊名: JOURNAL SYSTEMSIMULATION 2007,19(9)被引用次数: 参考文献(4条)1.邱成龙 地地导弹火力运用原理 2001 层次分析法1986 3.华罗庚;王元 数论在近似分析中的应用 1978 军事运筹学1993 本文读者也读过(10条Yan 联合火力打击中常规导弹作战集团火力计划的量化评估研究[期 刊论文]-兵工自动化2009,28(7) 邓昌.汪民乐.李晓光.DENGChang.WANG Min-le.LI Xiao-guang 基于效果的常规导弹打击目标选择决策方法研 究[期刊论文]-现代防御技术2009,37(4) Ze-sheng.SUNLing 联合作战的远程火力战法动态分析方法[期刊论文]-指挥控制与仿线) 孙新波.汪民乐.谢涛.修磊.SunXinbo.Wang Minle.Xie Tao.Xiu Lei 联合作战中常规导弹作战效能仿真评估研 究[期刊论文]-战术导弹技术2009(4) 张鹏.陈军.赵虎强.ZhangPeng.Chen Jun.Zhao Huqiang 基于模糊综合评判的联合火力打击多目标火力分配优 化分析[期刊论文]-舰船电子工程2009,29(1) 联合作战打击目标选择[期刊论文]-四川兵工学报2009,30(8)10. Zhen-yu.MAYa-ping.LI Ke 联合火力打击火力分配方案优化方法研究[期刊论文]- 军事运筹与系统工程2005,19(2) 引证文献(1条) 基于随机时间影响网络的联合火力打击方案评估[期刊论文]-国防科技大学学报2011(5) 引用本文格式:黄路炜.毕义明.杨继锋.HUANG Lu-wei.BI Yi-ming.YANG Ji-feng 常规导弹联合作战火力运用方法 研究[期刊论文]-系统仿线)

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