舰艇防空反导自适应干扰HDP算法分析与仿真*

万 福，周红波，朱智平

（海军指挥学院，南京 211800）

舰艇防空反导自适应干扰HDP算法分析与仿真*

万 福，周红波，朱智平

（海军指挥学院，南京 211800）

为干扰来袭的多波次、多方向反舰导弹，提高舰艇防空反导能力，分析了自适应干扰HDP算法模型，并通过实例进行仿真。通过对结果进行分析，验证了启发式动态规划（HDP）算法在自适应电子干扰策略最优组合的生成过程中的时效性、预测精度以及适用性，为该算法的后续研究提供支持。

启发式动态规划算法，自适应干扰，防空反导

0 引言

在信息化条件下的海战场，多波次、多方向反舰导弹攻击是水面舰艇生存面临的主要威胁。多波次、多方向导弹攻击具有明显的非线性特征。由于拥有强大的逼近非线性系统的能力以及良好的误差反馈机制，自适应动态规划应用于自适应电子干扰算法，能够较好地解决电子干扰过程中干扰策略组合的生成问题。在舰艇防空反导的作战过程中，根据电子侦察系统获取的实时导弹导引头体制、来袭方向、距离等作战要素和风速、风向等海洋气象要素，以干扰效果评估为依据，调整系统作战过程中的干扰效果与目标期望的误差，智能地组合较好的干扰样式，生成对应的干扰策略组合。因此，全过程是一个基于误差反馈、多次迭代的干扰过程。相比一般电子干扰，其优越性体现在能智能选择干扰策略组合，同时是一个自学习的系统，通过调整系统中的权值，减小输出误差，最终使干扰趋于完善。

1 基于HDP理论的自适应电子干扰算法

自适应电子干扰全过程，是以自适应动态规划理论为依据的。启发式动态规划（HDP）算法是其中最常用、最普遍的一种，基本思想是通过函数近似结构表征指标函数，再通过另一个函数近似结构选择最优的控制序列，从而实现整个系统的近似最优控制［1］。图1为HDP结构示意图。

其中，评价网络用来近似电子干扰中的干扰效果评估函数，评估多次迭代后的干扰效果是否满足Bellman最优控制原理；执行网络近似电子干扰策略组合的实施，控制干扰样式中最优组合的选择；模型网络可利用神经网络模型，逼近未知的复杂非线性舰艇防空反导过程。执行、模型、评价网络均由神经网络构成，以此满足HDP的网络设计及算法实现。

假设舰艇防空反导过程是一个复杂非线性系统

式（1）中，x∈Rn表示系统的状态向量，即来袭导弹参数及海洋环境因素等；u∈Rm表示电子干扰的策略组合；f是系统函数。与该系统对应的干扰效果评估函数为

式（2）中，U为效用函数；γ是折扣因子，且0≤γ≤1；函数J是状态x（k）的代价函数。

HDP算法误差Ec可由评价函数的输出J^与代价函数J得到。

2 舰艇防空反导自适应干扰HDP算法仿真

2.1 参数设定

场景设定：如图2所示，坐标系分别取舰艇坐标系及导弹捕捉坐标系［2］。以Y轴正向为参考方向，逆时针方向为正。蒲氏风力等级为3级，风速为5 m/s，风向随机。目标舰船、导弹、假目标在冲淡干扰、质心干扰阶段均看作质点，烟幕干扰时考虑舰船及烟幕的实际长度。

导弹参数：来袭导弹的导引头为主动雷达末制导或主动雷达、光电导引头复合制导。反舰导弹被发现时，距离目标舰艇大于等于40 km，来袭方向为舰艇同舷向，方位角不定。导弹飞行速度为300 m/s。其中，末制导雷达的中心频率为16.8 GHz，频率捷变宽度为250MHz，脉冲重复频率为5000Hz，脉冲宽度为0.1μs，发射功率为40kW，天线增益为30dB，末制导雷达的波束宽度为5°。光电导引头的视场角为20°。未受箔条、红外冲淡干扰影响下导弹命中率分别为0.999 3、0.998 9［2］。

舰艇及烟幕参数：舰艇航速为10 m/s，初始方向为0°，即Y轴正方向。正横方向上舰艇RCS为8×103m2，舰长130 m。且假设烟幕长度为150 m。

采用海军某试验场区实际获得的2 000组试验数据作为训练样本对自适应电子干扰HDP算法进行训练。利用100组数据作为测试样本，对算法的准确性进行检验。

2.2 仿真结果及分析

以下将根据仿真结果，从HDP算法的时效性、预测精度以及在自适应电子干扰全过程中的适用性3个方面来详细分析。

2.2.1 时效性

时效性是评价自适应HDP算法是否可靠的一个重要指标。图3为训练样本的均方误差（MSE）收敛情况。

由图3可知，在大样本数据训练的情况下，算法达到预期训练目标，仅耗时7 s，收敛速度快，且满足电子战系统反映时间的要求。

2.2.2 预测精度

在100组测试样本结果中选出10组样本Q1～Q10进行对比。Q1～Q10中的实际输出均是通过HDP算法预测得到的干扰策略组合。图4为干扰策略组合精确分类前后测试样本误差的对比。

可以发现，在进一步精确分类后，除了Q3以外，测试样本的误差有了明显改善。根据以上误差结果分析可知，HDP算法的分类及预测性能有了明显改善。

2.2.3 适用性

自适应电子干扰的干扰效能随反舰导弹来袭波次的变化而变化。图5为100个攻击波次下自适应电子干扰的干扰成功率。由图5中结果分析可知，干扰成功率随反舰导弹的攻击波次增多而急剧减小。若干扰单波次反舰导弹的成功率为0.715 7，则干扰2个攻击波次及来袭方向的反舰导弹的成功率仅为0.514 3。而对于4个及以上攻击波次和来袭方向的反舰导弹，自适应电子干扰的成功率小于0.3。若反舰导弹的攻击波次大于10，则自适应电子干扰的成功率趋近于0，即在反舰导弹的10个攻击波次下，舰艇很难做出有效的自适应电子干扰措施。

根据自适应电子干扰子过程、全过程的仿真结果分析可知，自适应HDP算法经过多次自学习过程后，干扰成功率逐步提升。说明HDP算法在经过大样本数据的训练后，可较好地运用于舰艇防空反导电子干扰策略组合中。HDP算法应对单波次导弹的干扰成功率为0.715 7，应对3波次导弹的干扰成功率为0.514 3。然而，当舰艇遭受4波次以上反舰导弹攻击时，自适应HDP算法的干扰成功率不足三成。

3 结论

研究并仿真了舰艇防空反导自适应HDP算法。在分析执行网络、模型网络、评价网络模块的构成的基础上，通过对实例中仿真结果的分析，验证了HDP算法在舰艇防空反导应用中的时效性及预测精度。通过对自适应电子干扰过程的仿真可知，在一定程度上，HDP算法可干扰多波次、多方向的反舰导弹。

［1］林小峰，宋绍剑，宋春宁.基于自适应动态规划的智能优化控制［M］.北京：科学出版社，2013.

［2］胡生亮，金嘉旺，林龙.单舰反导的冲淡干扰效果评估方法及模型研究［J］.战术导弹技术，2007，28（4）：51-54.

［3］顾燕飞.对反舰导弹末制导雷达的干扰技术研究［D］.镇江：江苏科技大学，2012.

［4］王书齐，马良，苏琦，等.基于体系结构建模的水面舰艇防空作战流程设计［J］.四川兵工学报，2015，35（7）：1-5.

Analysis and Simulation of Adaptive Electronic Jamming HDP Algorithm in Warship Anti-air and Anti-missile

WAN Fu，ZHOU Hong-bo，ZHU Zhi-ping
（Navy Command College，Nanjing 211800，China）

To interfere with anti-ship missile attacking from several times and directions and to improve warship’s applicability of anti-air and anti-missile，the HDP algorithm model is analyzed and simulated with exemplar.Through the simulation result，timeliness，accuracy，and applicability of heuristic dynamic programming（HDP）algorithm is verified during the generation process of optimal strategy combination in adaptive electronic jamming，which prepares for the continue study of HDP algorithm.

heuristic dynamic programming algorithm，adaptive electronic jamming，anti-air and anti-missile

TN911

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.11.07

1002-0640（2017）11-0031-03

2016-09-23

2016-11-18

军内科研计划基金资助项目

万 福（1975- ），男，湖北英山人，硕士，副教授。研究方向：军事信息运用。