基于飞机平台的空舰导弹协同航路规划

2015-07-01初丰文

兵器装备工程学报 2015年4期

初丰文

(海军航空工程学院研究生四队，山东烟台 264001)

目前，飞机平台的载弹量越来越大，空舰导弹本身也在向智能化方向发展，因此，单架飞机平台具备完成对目标齐射的能力。在军事应用中，通常需要多枚反舰导弹从不同方向对同一舰艇进行攻击。为了使摧毁目标的概率最大，要求所有的反舰导弹同时到达。如何为每一枚反舰导弹生成有效的航迹，并协调各枚导弹的到达时间，是完成攻击任务的前提条件之一［1］。

针对无人飞行器协同航路规划的问题，近年来，国内外学者进行了大量的研究工作［2-6］。对于航路规划中导弹同时到达的要求，多采用飞行器速度调节或者发射时间间隔协调。但由于飞机平台机动性强，且空舰导弹速度一般不可调节，故不能将算法和方法完全移植过来。

本文首先分析了飞机平台空舰导弹协同航路规划的特殊性，建立了飞机平台空舰导弹协同航路规划的模型，并参考前人取得的成就，设计了利用遗传算法求解协同航迹的算法。最后对设计的算法进行仿真实验，证实算法切实可行。

1 问题的描述

1.1 空舰导弹协同航迹规划特点

反舰导弹的使用环境是在海上，攻击目标一般是移动的舰艇，由于环境和目标的变化，使反舰导弹的航路规划存在自身的一些特性;而飞机平台移动速度快，机动性强，区别于陆基、舰艇和潜艇平台，因此空舰导弹的航路规划也区别于普通平台的反舰导弹航路规划。比较明显的特点如下。

1.1.1 整体协同

空舰导弹协同航路规划是与单枚导弹航路规划的最大区别在于合成后的整体“涌现性”［7］，这种合成是系统的合成而不是简单的相加。所生成的航路对于每枚导弹来说可能不是最优，但对于导弹编队来说却是最优或者整体最优。

1.1.2 多弹连射

为了实施饱和攻击，必须要求导弹同时到达。空中作战要求飞机在最短的时间内完成导弹发射任务，使飞机尽快脱离战场环境，因此一般采用多弹连射的方法，这种情况下，就需要对各枚导弹航路进行调整，以牺牲航路的最优性为代价，使各枚导弹到达目标点的时间趋于一致。而时间间隔发射的方法(即通过调整各枚导弹的发射时间，使其在到达目标点的时间上趋于一致)虽然可以使每条航路最优，但由于飞机的高机动性，预先规划的导弹发射点在导弹发射时可能难以到达，该方法往往难以用于飞机平台。

1.1.3 纵向简化［4］

在实际使用中，空舰导弹发射后迅速降高，采用低空定高飞行，没有必要安装雷达探测地形，所以通常意义上的地形跟随是没有的，只是在末段攻击时充分利用了导弹的纵向与横向的机动性能。因此，在海上巡航导弹航迹规划中，可以进行一些必要的简化，在隐蔽突防阶段只利用横向的机动性能，航迹规划在二维平面上展开。这一简化将能降低模型的复杂度，减少计算量。

1.1.4 相对简单的地形信息

在海上，低空飞行的导弹需要地形规避是很少的，海上只有少量的岛屿以及其它人工物。在实战应用中，反舰导弹需要地形规避的概率也相对较低，为减小信息量和处理时间，本文在航路规划时不考虑地形规避。

1.2 航迹规划建模

1.2.1 航迹约束条件

基于自身的物理限制和战术使用要求，空舰导弹在飞行过程中需要满足一定的航路基本约束条件，主要包括［1，4］:

1)最小航迹段长度。即导弹在开始改变飞行姿态此前必须保持直飞的最短距离。设最小航迹段长度为lmin，则任意一段航迹的长度都不小于lmin，即

2)最大转弯角。最大转弯角限制了生成的航迹只能小于或者等于预先确定的最大转弯角范围内转弯。该约束取决于导弹的机动性能，设最大允许转弯角为αmax，则

3)最大航迹长度。由于导弹所携带的燃料和执行任务的限制，航迹的长度必须小于或者等于一个预先设定的最大距离。设最大航迹长度为Lmax，则

4)第一段航迹长度约束。为确保导弹能够由发射点准确转入第一个航路点飞行，第一个导航点至发射点的距离应确保导弹能够转入巡航高度上平飞，设lp为导弹发射后转入平飞的最短距离。则

5)最后一段航迹长度约束。导弹到达末制导雷达开机点前必须保证一定的航向，使其能够进入确定的作战方向。设雷达开机点距离为lr。则

6)导航点个数约束。对于空舰导弹，装定导航点最大数量往往受导弹和火控系统的限制，在导弹武器系统研制的过程中一般都确定下来。因此，航迹规划时规划出的导航点数量应不多于规定的导航点数量。即

7)目标进入方向。为达到多方向饱和攻击的目的，通常会给每枚导弹设定进入方向，使导弹按照特定角度接近目标，以实现预期的最大作战效果。为使导弹能够按照预定方向进入目标，可采用限定航路点的方法。如图1 所示。设(Xt，Yt)为目标点，l1为目标与飞机的连线，l2为导弹的航迹，则α 为攻击角，(Xr，Yr)为雷达开机点，由于最后一段航迹长度的约束，要使导弹从攻击角α 进入，导弹必经过点(Xz，Yz)。