本发明属于飞行员实时决策预测技术领域,具体涉及一种基于飞机生存力的飞行员实时决策预测方法。
背景技术:
飞行员在驾驶飞机的作战过程中,通过综合各种即时战场信息而作出实时决策,这些决策会直接决定飞机的战场生存力。飞机的战场生存能力直接决定最终的作战结果。尤其是在当今信息化的作战环境,飞行员需要在短时间内根据大量信息作出最优决策,提高飞机的战场生存能力,完成既定的作战任务。
飞机在执行任务的过程中,遭遇的最大威胁是敌方的导弹系统。飞机与敌方导弹系统之间的对抗将决定飞机的战场生存能力。最常见的对抗方式便是飞机利用红外干扰弹对红外制导导弹进行干扰,使红外制导导弹偏离飞机,并导致导弹最终的脱靶距离过大而无法命中飞机。在此对抗过程中,飞行员投放红外干扰弹的时机,即飞行员作出投放决策的时机,对最终的飞机生存力具有决定性影响。
具体的,红外干扰弹作为一种对红外制导导弹干扰效果显著的电子对抗手段,在现代战场中被广泛使用,但其干扰效果却与投放时机密切相关,只有在有效投放区间内投放干扰弹,才能取得诱偏导弹的效果。
目前,由于飞行员在驾驶飞机的作战过程中,各种即时战场信息非常复杂,导致飞行员难以在飞机为最高生存力的时机作出投放干扰弹的决策,从而不利于作战的开展。
技术实现要素:
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种基于飞机生存力的飞行员实时决策预测方法,可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种基于飞机生存力的飞行员实时决策预测方法,包括以下步骤:
步骤1,设定与实际作战过程对应的仿真初始条件,包括:飞机和导弹之间的初始距离l0、飞机和导弹之间的相对运动速度v、数据链传输的时延t、需传输的数据大小ca和数据链的传输速率sp;
步骤2,确定红外干扰弹的有效发射区间以及发射-脱靶关系曲线;
在所述仿真初始条件下,设定仿真步长值δl,首先仿真得到发射距离等于l0时对应的导弹脱靶距离;再仿真得到发射距离等于l0-δl时对应的导弹脱靶距离;再仿真得到发射距离等于l0-2δl时对应的导弹脱靶距离,以此类推,直至发射距离小于0时,停止仿真,由此得到横坐标为发射距离、纵坐标为导弹脱靶距离的发射-脱靶关系曲线;
在所述关系曲线上,将导弹脱靶距离大于预设导弹脱靶距离极小值时所对应的发射距离区间称为红外干扰弹的有效发射区间;
步骤3,飞机员采用与仿真初始条件对应的作战条件进行实际作战,在实时作战过程中,采用以下方法确定红外干扰弹最佳发射时刻:
步骤3.1,设定红外干扰弹发射时刻步长值为δt,当前步长数为m;令m=1;
步骤3.2,红外干扰弹发射时刻t=mδt;
步骤3.3,采用以下方法确定在红外干扰弹发射时刻t时,飞行员的工作压力等级:
步骤3.3.1,在红外干扰弹发射时刻t,计算得到飞机与导弹的当前实际距离l:
l=l0-v(t-δt)
步骤3.3.2,采用下式计算得到任务所需时间tr和任务可用时间ta:
步骤3.3.3,采用下式计算得到时间压力tp:
步骤3.3.4,采用下式计算得到x2和x4的值:
x2=-0.279+0.903tp
x4=1.012+0.309tp-0.699tp2
给定x1和x3的值;
其中:x1为心律参数,x2为主观压力感受,x3为反应时间,x4为操作准确度;
步骤3.3.5,设定压力等级评估函数为:
y1=1.019x1+1.010x2+574.625x3+601.659x4-568.158
y2=1.106x1+1.196x2+622.427x3+571.071x4-597.648
y3=1.174x1+1.418x2+633.388x3+549.668x4-610.753
其中:y1、y2、y3分别代表低工作压力等级、中等工作压力等级、高工作压力等级;
向压力等级评估函数中代入x1、x2、x3、x4,得到y1、y2和y3的值;y1、y2、y3中的最大值所对应的工作压力等级即为飞行员此时的工作压力等级;
步骤3.4,根据步骤3.3确定的飞行员的工作压力等级,确定飞行员作出各种决策的前验概率以及作出发射红外干扰弹决策时飞行员的感知距离;利用各种决策的后验概率和效能值确定飞行员作出发射红外干扰弹决策的时刻;具体包括以下步骤:
步骤3.4.1,飞行员可能作出以下4种决策,第1种决策:在有效发射区间内发射红外干扰弹;第2种决策:在有效发射区间内未发射红外干扰弹;第3种决策:在有效发射区间外发射红外干扰弹;第4种决策:在有效发射区间外未发射红外干扰弹;
步骤3.4.2,计算得到各种工作压力等级下的各条件概率及计算后验概率:
设事件u1:发射红外干扰弹;事件u2:不发射红外干扰弹;事件v1:飞机在有效发射区间内;事件v2:飞机在有效发射区间外;
给定事件u1的先验概率为p(u1);事件u2的先验概率为p(u2);
1)如果飞行员的当前工作压力等级为低工作压力等级,则采用以下方法得到各事件的条件概率和计算后验概率:
plow(vj|ui)i,j=1,2且
其中:plow(vj|ui)为条件概率,代表低工作压力等级下,在事件ui发生的条件下事件vj发生的概率;
根据贝叶斯定理,确定低工作压力等级下各事件的后验概率,即飞行员作出各种决策的概率:
其中:plow(ui|vj)为条件概率,代表低工作压力等级下,在事件vj发生的条件下事件ui发生的概率;
2)如果飞行员的当前工作压力等级为中等工作压力等级或高工作压力等级,则采用以下方法得到各事件的条件概率和计算后验概率:
pmh(vj|ui)i,j=1,2且
其中:pmh(vj|ui)为条件概率,代表低工作压力等级下,在事件ui发生的条件下事件vj发生的概率;
根据贝叶斯定理,确定中等工作压力等级或高工作压力等级下各事件的后验概率,即飞行员作出各种决策的概率:
其中,pmh(ui|vj)为条件概率,代表中等工作压力等级或高工作压力等级下,在事件vj发生的条件下事件ui发生的概率;
步骤3.4.3,采用以下方法得到各种决策作出后的基础效能值:
根据步骤3.3.1得到的飞机与导弹的当前实际距离,判断飞机是否处于步骤2确定的有效发射区间内,如果飞机处于有效发射区间外,则执行步骤3.4.3.1;如果飞机处于有效发射区间内,则执行步骤3.4.3.2;
步骤3.4.3.1,4种决策对应的基础效能值为:
u(1)=0;u(2)=0;u(3)=dmiss/dmax;u(4)=1;
其中:u(1)代表飞行员作出第1种决策的基础效能值;u(2)代表飞行员作出第2种决策的基础效能值;u(3)代表飞行员作出第3种决策的基础效能值;u(4)代表飞行员作出第4种决策的基础效能值;
dmax为步骤2确定的发射-脱靶关系曲线中的导弹脱靶距离的最大值;
dmiss采用以下方法获得:如果飞行员当前工作压力等级为低工作压力等级,则根据飞机与导弹的当前实际距离,直接查找步骤2确定的发射-脱靶关系曲线,得到与当前实际距离对应的导弹脱靶距离;
如果飞行员当前工作压力等级为中等工作压力等级或高工作压力等级,则首先根据下式确定感知距离:
其中:dt为飞行员的感知距离,l为飞机与导弹的当前实际距离,tp为时间压;
再以感知距离作为查找条件,查找步骤2确定的发射-脱靶关系曲线,得到与感知距离对应的导弹脱靶距离;
步骤3.4.3.2,如果飞机处于有效发射区间内时,则采用下式得到4种决策对应的基础效能值:
u(1)=dmiss/dmax;u(2)=0;u(3)=0;u(4)=0;
步骤3.4.4,采用以下方法得到各种决策作出后的期望效能值:
各决策的期望效能值为各决策对应的后验概率与基础效能值的乘积,即:
j(1)=p(u1|v1)u(1)
j(2)=p(u2|v1)u(2)
j(3)=p(u1|v2)u(3)
j(4)=p(u2|v2)u(4)
其中:j(1)代表飞行员作出第1种决策的期望效能值;j(2)代表飞行员作出第2种决策的期望效能值;j(3)代表飞行员作出第3种决策的期望效能值;j(4)代表飞行员作出第4种决策的期望效能值;
将期望效能值最大的决策作为当前时刻对应的本轮飞行员决策;
步骤3.4.5,判断步骤3.4.4得到的本轮飞行员决策是否为第1种决策,即:在有效发射区间内发射红外干扰弹的决定,如果不是,飞行员继续作战,使飞机和导弹按照相对运动速度v继续飞行,令m=m+1,返回步骤3.2,进行下一时刻的预测,如此不断循环迭代,直到得到飞行员决策为第1种决策时,停止迭代;飞行员决策为第1种决策时,对应的红外干扰弹发射时刻t即为红外干扰弹最佳发射时刻,t即为飞行员在飞机为最高生存力时作出投放干扰弹决策的最佳时机,然后执行步骤4;
步骤4;立即向飞行员发送投放红外干扰弹的控制指令,使飞行员在红外干扰弹最佳发射时刻发射红外干扰弹。
优选的,在得到红外干扰弹最佳发射时刻时,采用下式得到飞机的最高生存力:
其中:ps为飞机的最高生存力;pk为飞机的杀伤概率;ap为飞机的易损面积;d0miss为红外干扰弹最佳发射时刻所对应的导弹脱靶距离。
本发明提供的一种基于飞机生存力的飞行员实时决策预测方法具有以下优点:
本发明以最高生存力为目标对飞行员的实时决策进行实时预测,并且考虑了数据链性能对飞机生存力及飞行员决策的影响,还考虑了飞行员工作压力对飞行员最终决策的影响,并提出了具体的量化公式,从而可以精确的计算出飞行员在飞机为最高生存力时作出投放干扰弹决策的最佳时机,从而实时通知飞行员在红外干扰弹最佳发射时刻发射红外干扰弹,可以使导弹的脱靶距离最大,飞机的战场生存力最高。
附图说明
图1为本发明提供的基于飞机生存力的飞行员实时决策预测方法的流程示意图。
图2为本发明提供的发射-脱靶关系曲线的一种具体示例图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
飞机在执行任务的过程中,遭遇的最大威胁是敌方的导弹系统。飞机与敌方导弹系统之间的对抗将决定飞机的战场生存能力。最常见的对抗方式便是飞机利用红外干扰弹对红外制导导弹进行干扰,使红外制导导弹偏离飞机,并导致导弹最终的脱靶距离过大而无法命中飞机。在此对抗过程中,飞行员投放红外干扰弹的时机,即飞行员作出投放决策的时机,对最终的飞机生存力具有决定性影响。而在信息化的作战时代,作为战场信息分享与传输的载体,数据链的性能必然对飞行员的决策具有重大影响。因此,本发明提出了一种考虑数据链性能的,在飞机与红外制导导弹对抗的过程中,以飞机最高生存力为目标来预测飞行员的实时决策的方法。
由于红外干扰弹有效投放区间的存在,飞行员必须在正确的时间区间内作出投放红外干扰弹的决策才能对导弹取得干扰效果。但是在信息化的作战环境中,分享和传输的数据量很大,当数据链的传输速率较低时,会对飞行员造成较大的工作压力,易使飞行员作出错误决策,即未在有效区间内作出投放红外干扰弹的决策,使飞机生存力大大降低。本发明创新点为:(1)将飞行员工作压力与数据链性能结合起来。数据链已广泛应用于现代作战当中,其性能必然会影响飞行员的工作压力,且飞行员的工作压力又会决定最终的决策,因此,在评估飞行员工作压力时需要考虑数据链的影响。(2)阐明飞行员工作压力对飞行员最终决策的影响。飞行员工作压力大,处理信息时较易发生错误,也容易发生决策错误,但本发明通过具体的量化公式,详细说明飞行员工作压力与决策之间的关系。
因此,本发明首先确定红外干扰弹的有效投放区间,用来确定飞行员的决策以及评估飞机生存力;进而根据数据链的性能确定飞行员的工作压力等级;最后根据贝叶斯定理及期望效能值,确定飞行员在飞机为最高生存力时作出投放干扰弹决策的最佳时机,可以使导弹的脱靶距离最大,飞机的战场生存力最高。
本发明提供的基于飞机生存力的飞行员实时决策预测方法,具体包括以下步骤:
步骤1,设定与实际作战过程对应的仿真初始条件,包括:飞机和导弹之间的初始距离l0、飞机和导弹之间的相对运动速度v、数据链传输的时延t、需传输的数据大小ca和数据链的传输速率sp;
步骤2,确定红外干扰弹的有效发射区间以及发射-脱靶关系曲线;
在所述仿真初始条件下,设定仿真步长值δl,首先仿真得到发射距离等于l0时对应的导弹脱靶距离;再仿真得到发射距离等于l0-δl时对应的导弹脱靶距离;再仿真得到发射距离等于l0-2δl时对应的导弹脱靶距离,以此类推,直至发射距离小于0时,停止仿真,由此得到横坐标为发射距离、纵坐标为导弹脱靶距离的发射-脱靶关系曲线;
在所述关系曲线上,将导弹脱靶距离大于预设导弹脱靶距离极小值时所对应的发射距离区间称为红外干扰弹的有效发射区间;
具体的,飞机投放红外干扰弹后,红外制导导弹将跟踪红外干扰弹与飞机所形成的红外辐射中心,首先根据红外干扰弹的辐射强度变化曲线与飞机本身的红外信号强度得到各时刻的红外辐射中心的x,y,z坐标;将红外辐射中心的位置作为导弹制导飞行的目标位置,同时导弹按照既定飞行导引律飞向目标位置;导弹制导结束,根据导弹与飞机的最终位置关系,得到导弹的脱靶距离;不同时刻投放红外干扰弹会产生不同的脱靶距离,导致最终脱靶距离大于20m的投放时刻所对应的发射距离所组成的集合为红外干扰弹的有效投放区间。
红外干扰弹的有效投放区间具体通过以下步骤确定:
第一步,确定红外辐射中心。
红外干扰弹被投放后,红外干扰弹在空中释放出k个红外信号源,红外干扰弹通过燃烧产生的红外辐射值呈现“先升高再降低”的趋势;飞机的红外辐射值为固定值,故红外干扰弹与飞机形成的红外辐射中心的红外辐射值也是变化的;同时,红外干扰弹做抛物线运动,设定飞机水平匀速飞行,因此红外辐射中心的坐标值也是变化的;红外辐射中心的红外辐射值为飞机红外辐射值与红外干扰弹瞬时红外辐射值的算术平均数;其中,红外干扰弹瞬时红外辐射值为释放出的k个红外信号源的算术平均数,因此,红外辐射中心的坐标(xtp,ytp,ztp)计算公式为:
式中,xtp为红外辐射中心的x坐标;i1、i2…ik为各个红外信号源的瞬时辐射强度;i0为飞机瞬时辐射强度;x1'、x2'…xk'为各个红外信号源的瞬时x坐标;x0'为飞机的瞬时x坐标;r1、r2…rk为各个红外信号源到导弹导引头的瞬时距离;r0为飞机到导弹导引头的瞬时距离;
其中:y1'、y2'…yk'为各个红外信号源的瞬时y坐标;y0'为飞机的瞬时y坐标;z1'、z2'…zk'为各个红外信号源的瞬时z坐标;z0'为飞机的瞬时z坐标;
第二步,确定各个投放时刻对应的导弹脱靶距离。
设定飞机与导弹在同一水平高度相对飞行,导弹按照比例导引律进行制导飞行;假设红外干扰弹最早可以在飞机相距导弹16000m里进行释放
在0到16000m的距离上每隔200m计算一次在此距离上的导弹脱靶距离;飞机与红外干扰弹的相对位置与红外辐射值不断变化,其形成的红外辐射中心的位置与红外辐射值也在不断变化,导弹则以红外辐射中心为目标进行追踪,并在制导结束后爆炸,其脱靶平面与飞机质心的最小径向距离为导弹脱靶距离;
第三步,确定红外干扰弹的有效投放区间。
红外干扰弹过早投放,虽然最开始导弹会被有效诱偏,但红外干扰弹燃尽后,导弹有足够的时间重新搜索到飞机,而使飞机被锁定并被击中;红外干扰弹过晚投放,由于红外干扰弹与飞机距离过近,不能拉开距离,同样导致导弹脱靶距离过小,飞机生存力很低;因此存在一个红外干扰弹的有效投放区间;在第二步中计算得到的各发射距离对应的导弹脱靶距离,将导弹脱靶距离大于20m的发射距离作为红外干扰弹的有效投放区间,其示意图为附图2。
步骤3,飞机员采用与仿真初始条件对应的作战条件进行实际作战,在实时作战过程中,采用以下方法确定红外干扰弹最佳发射时刻:
步骤3.1,设定红外干扰弹发射时刻步长值为δt,当前步长数为m;令m=1;
步骤3.2,红外干扰弹发射时刻t=mδt;
步骤3.3,采用以下方法确定在红外干扰弹发射时刻t时,飞行员的工作压力等级:
飞行员的工作压力等级与四个因素有关:操作准确度,反应时间,主观压力感受以及心律参数,其中主观压力感受、操作准确度和时间压力参数相关,且时间压力参数由数据链性能所决定。数据链时延时表征数据链性能的重要参数,本实施例利用数据链时延时确定飞行员的工作压力等级。
步骤3.3.1,在红外干扰弹发射时刻t,计算得到飞机与导弹的当前实际距离l:
l=l0-v(t-δt)
步骤3.3.2,采用下式计算得到任务所需时间tr和任务可用时间ta:
可见,任务可用时间按时间进度逐渐减少;任务所需时间与数据链的性能相关。
步骤3.3.3,采用下式计算得到时间压力tp:
步骤3.3.4,采用下式计算得到x2和x4的值:
x2=-0.279+0.903tp
x4=1.012+0.309tp-0.699tp2
给定x1和x3的值;
其中:x1为心律参数,x2为主观压力感受,x3为反应时间,x4为操作准确度;
步骤3.3.5,设定压力等级评估函数为:
y1=1.019x1+1.010x2+574.625x3+601.659x4-568.158
y2=1.106x1+1.196x2+622.427x3+571.071x4-597.648
y3=1.174x1+1.418x2+633.388x3+549.668x4-610.753
其中:y1、y2、y3分别代表低工作压力等级、中等工作压力等级、高工作压力等级;
向压力等级评估函数中代入x1、x2、x3、x4,得到y1、y2和y3的值;y1、y2、y3中的最大值所对应的工作压力等级即为飞行员此时的工作压力等级;
当传输数据的大小、数据链的传输速率和任务所需时间确定后,便可确定任意时刻的飞行员工作压力等级。
下面列举一个确定任意时刻的飞行员工作压力等级的示例:
在本实施例中,假设飞机和导弹之间的初始距离10000m,飞机和导弹之间的相对运动速度为3ma;需传输的数据大小为1000bits,数据链的传输速率为500bits/s,数据链传输的时延为4s;
飞机在作战过程中,在第3秒时,采用下面方法计算飞行员工作压力等级:
第3秒时,飞机与导弹相距8000m时,则任务可用时间为:
任务所需时间为:
时间压力为:
采用下式计算参数x2、x4的值:
x2=-0.279+0.903tp=-0.279+0.903*1=0.624
x4=1.012+0.309-0.699tp2=1.012+0.309-0.699*12=0.622
根据设定,x1=50,x3=770ms,因此,y1、y2、y3的值:
y1=1.019*50+1.010*0.624+574.625*0.770+601.659*0.622-568.158=300.115
y2=1.106*50+1.196*0.624+622.427*0.770+571.071*0.622-597.648=292.873
y3=1.174*50+1.418*0.624+633.388*0.770+549.668*0.622-610.753=278.434
根据计算结果,y1的值较大,故第3秒时飞行员处于低工作压力等级;
飞机在作战过程中,在第4秒时,采用下面方法计算飞行员工作压力等级:第4秒时,飞机与导弹相距7000m时,则任务可用时间为:
任务所需时间为:
此时的时间压力为:
采用下式计算参数x2、x4的值:
x2=-0.279+0.903tp=-0.279+0.903*1.2=0.805
x4=1.012+0.309-0.699tp2=1.012+0.309-0.699*1.22=0.314
根据设定,x1=50,x3=770ms,因此,y1、y2、y3的值:
y1=1.019*50+1.010*0.805+574.625*0.770+601.659*0.314-568.158=114.987
y2=1.106*50+1.196*0.805+622.427*0.770+571.071*0.314-597.648=117.200
y3=1.174*50+1.418*0.805+633.388*0.770+549.668*0.314-610.753=109.393
根据计算结果,y2的值较大,故第4秒时飞行员处于中等工作压力等级;
飞机在作战过程中,在第5秒时,采用下面方法计算飞行员工作压力等级:
第5秒时,飞机与导弹相距6000m时,则任务可用时间为:
任务所需时间为:
时间压力为:
采用下式计算参数x2、x4的值:
x2=-0.279+0.903tp=-0.279+0.903*1.5=1.076
x4=1.012+0.309-0.699tp2=1.012+0.309-0.699*1.52=-0.252
根据设定,x1=50,x3=770ms,因此,y1、y2、y3的值:
y1=1.019*50+1.010*1.076+574.625*0.770+601.659*(-0.252)-568.158=-225.278
y2=1.106*50+1.196*1.076+622.427*0.770+571.071*(-0.252)-597.648=-205.702
y3=1.174*50+1.418*1.076+633.388*0.770+549.668*(-0.252)-610.753=-201.334
根据计算结果,y3的值较大,故第5秒时飞行员处于高工作压力等级。
步骤3.4,根据步骤3.3确定的飞行员的工作压力等级,确定飞行员作出各种决策的前验概率以及作出发射红外干扰弹决策时飞行员的感知距离;利用各种决策的后验概率和效能值确定飞行员作出发射红外干扰弹决策的时刻;具体包括以下步骤:
步骤3.4.1,飞行员可能作出以下4种决策,第1种决策:在有效发射区间内发射红外干扰弹;第2种决策:在有效发射区间内未发射红外干扰弹;第3种决策:在有效发射区间外发射红外干扰弹;第4种决策:在有效发射区间外未发射红外干扰弹;
步骤3.4.2,计算得到各种工作压力等级下的各条件概率及计算后验概率:
设事件u1:发射红外干扰弹;事件u2:不发射红外干扰弹;事件v1:飞机在有效发射区间内;事件v2:飞机在有效发射区间外;
给定事件u1的先验概率为p(u1);事件u2的先验概率为p(u2);
1)如果飞行员的当前工作压力等级为低工作压力等级,则采用以下方法得到各事件的条件概率和计算后验概率:
plow(vj|ui)i,j=1,2且
其中:plow(vj|ui)为条件概率,代表低工作压力等级下,在事件ui发生的条件下事件vj发生的概率;
根据贝叶斯定理,确定低工作压力等级下各事件的后验概率,即飞行员作出各种决策的概率:
其中:plow(ui|vj)为条件概率,代表低工作压力等级下,在事件vj发生的条件下事件ui发生的概率;
2)如果飞行员的当前工作压力等级为中等工作压力等级或高工作压力等级,则采用以下方法得到各事件的条件概率和计算后验概率:
pmh(vj|ui)i,j=1,2且
其中:pmh(vj|ui)为条件概率,代表低工作压力等级下,在事件ui发生的条件下事件vj发生的概率;
根据贝叶斯定理,确定中等工作压力等级或高工作压力等级下各事件的后验概率,即飞行员作出各种决策的概率:
其中,pmh(ui|vj)为条件概率,代表中等工作压力等级或高工作压力等级下,在事件vj发生的条件下事件ui发生的概率;
步骤3.4.3,采用以下方法得到各种决策作出后的基础效能值:
根据步骤3.3.1得到的飞机与导弹的当前实际距离,判断飞机是否处于步骤2确定的有效发射区间内,如果飞机处于有效发射区间外,则执行步骤3.4.3.1;如果飞机处于有效发射区间内,则执行步骤3.4.3.2;
步骤3.4.3.1,4种决策对应的基础效能值为:
u(1)=0;u(2)=0;u(3)=dmiss/dmax;u(4)=1;
其中:u(1)代表飞行员作出第1种决策的基础效能值;u(2)代表飞行员作出第2种决策的基础效能值;u(3)代表飞行员作出第3种决策的基础效能值;u(4)代表飞行员作出第4种决策的基础效能值;
dmax为步骤2确定的发射-脱靶关系曲线中的导弹脱靶距离的最大值;
dmiss采用以下方法获得:如果飞行员当前工作压力等级为低工作压力等级,则根据飞机与导弹的当前实际距离,直接查找步骤2确定的发射-脱靶关系曲线,得到与当前实际距离对应的导弹脱靶距离;
如果飞行员当前工作压力等级为中等工作压力等级或高工作压力等级,则首先根据下式确定感知距离:
其中:dt为飞行员的感知距离,l为飞机与导弹的当前实际距离,tp为时间压;
再以感知距离作为查找条件,查找步骤2确定的发射-脱靶关系曲线,得到与感知距离对应的导弹脱靶距离;
也就是说,当飞行员处于中高工作压力等级时,感知距离会出现偏差,因此查询步骤2确定的发射-脱靶关系曲线确定导弹脱靶距离时,不能直接应用对应时刻的飞机与导弹的当前实际距离,需根据上式确定的感知距离来查询脱靶距离。
步骤3.4.3.2,如果飞机处于有效发射区间内时,则采用下式得到4种决策对应的基础效能值:
u(1)=dmiss/dmax;u(2)=0;u(3)=0;u(4)=0;
步骤3.4.4,采用以下方法得到各种决策作出后的期望效能值:
各决策的期望效能值为各决策对应的后验概率与基础效能值的乘积,即:
j(1)=p(u1|v1)u(1)
j(2)=p(u2|v1)u(2)
j(3)=p(u1|v2)u(3)
j(4)=p(u2|v2)u(4)
其中:j(1)代表飞行员作出第1种决策的期望效能值;j(2)代表飞行员作出第2种决策的期望效能值;j(3)代表飞行员作出第3种决策的期望效能值;j(4)代表飞行员作出第4种决策的期望效能值;
将期望效能值最大的决策作为当前时刻对应的本轮飞行员决策;
步骤3.4.5,判断步骤3.4.4得到的本轮飞行员决策是否为第1种决策,即:在有效发射区间内发射红外干扰弹的决定,如果不是,飞行员继续作战,使飞机和导弹按照相对运动速度v继续飞行,令m=m+1,返回步骤3.2,进行下一时刻的预测,如此不断循环迭代,直到得到飞行员决策为第1种决策时,停止迭代;飞行员决策为第1种决策时,对应的红外干扰弹发射时刻t即为红外干扰弹最佳发射时刻,t即为飞行员在飞机为最高生存力时作出投放干扰弹决策的最佳时机,然后执行步骤4;
下面列举步骤3.4的一种具体实现方式,即:作出发射红外干扰弹决策的时刻的一个具体示例:
第一步,列举飞行员可能作出的各种决策;根据飞行员是否发射红外干扰弹、是否在有效发射区间内发射红外干扰弹,可以确定飞行员可能作出4种决策:
{在有效发射区间内发射红外干扰弹,
在有效发射区间内未发射红外干扰弹,
在有效发射区间外发射红外干扰弹,
在有效发射区间外未发射红外干扰弹};
第二步,设定各工作压力等级下的各条件概率及计算后验概率:
设事件u1:发射红外干扰弹;事件u2:不发射红外干扰弹;事件v1:飞机在有效发射区间内;事件v2:飞机在有效发射区间外;
设事件u1的先验概率p(u1)=0.4,事件u2的先验概率p(u2)=0.6;
低工作压力等级下,各条件概率为:
plow(v1|u1)=0.8plow(v2|u1)=0.2plow(v1|u2)=0.1plow(v2|u2)=0.9
根据贝叶斯定理,低工作压力等级下各事件的后验概率即飞行员作出各种决策的概率为:
中、高工作压力等级下,各条件概率为:
pmh(v1|u1)=0.2pmh(v2|u1)=0.8pmh(v1|u2)=0.9pmh(v2|u2)=0.1
根据贝叶斯定理,中等工作压力等级或高工作压力等级下,各决策的后验概率为:
第三步,根据工作压力等级确定各决策的期望效能值:
若当前时刻为第3秒,即飞机与导弹相距8000m时,飞行员处于低工作压力等级,此刻处于红外干扰弹有效发射区间外,飞行员四种决策对应的期望效能值采用下面步骤计算:
(1)处于红外干扰弹有效发射区间外时,第一种决策的基础效能值u(1)为0,则第一种决策的期望效能值j(1)为:
j(1)=plow(u1|v1)u(1)=0.842*0=0
(2)处于红外干扰弹有效发射区间外时,第二种决策的基础效能值u(2)为0,则第二种决策的期望效能值j(2)为:
j(2)=plow(u2|v1)u(2)=0.158*0=0
(3)处于红外干扰弹有效发射区间外时,第三种决策的基础效能值u(3)为dmiss/dmax,根据步骤1确定的脱靶距离,在8000m距离上发射红外干扰弹,脱靶距离约为1m,而有效发射区间内的最大脱靶距离约为450m,则第三种决策的期望效能值j(3)为:
j(3)=plow(u1|v2)u(3)=0.129*1/150=8.6×10-4
(4)第四种决策的基础效能值u(4)为1,则第四种决策的期望效能值j(4)为:
j(4)=plow(u2|v2)u(4)=0.871*1=0.871
取期望效能值最大的决策作为飞行员的决策,则此时飞行员的决策为“有效发射区间外未发射干扰弹”,即继续飞行;
若当前时刻为第4秒,即飞机与导弹相距7000m时,飞行员处于中等工作压力等级,此刻处于红外干扰弹有效发射区间内,飞行员四种决策对应的期望效能值采用下面步骤计算:
(1)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第一种决策的基础效能值u(1)为dmiss/dmax,但此时飞行员处于中等工作压力等级,确定脱靶距离时,应根据感知距离来确定脱靶距离,此时,感知距离为:
5833m对应的脱靶距离约为140m,且后验概率也为中、高工作压力等级下的后验概率,则第一种决策的期望效能值j(1)为:
j(1)=pmh(u1|v1)u(1)=0.158*140/150=0.147
(2)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第二种决策的基础效能值u(2)为0,则第二种决策的期望效能值j(2)为:
j(2)=pmh(u2|v1)u(2)=0.842*0=0
(3)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第三种决策的基础效能值u(3)为0,则第三种决策的期望效能值j(3)为:
j(3)=pmh(u1|v2)u(3)=0.871*0=0
(4)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第四种决策的基础效能值u(4)为0,则第四种决策的期望效能值j(4)为:
j(4)=pmh(u2|v2)u(4)=0.129*0=0
取期望效能值最大的决策作为飞行员的决策,则此时飞行员的决策为“有效发射区间内发射干扰弹”,即发射干扰弹;
第四步,当决定发射红外干扰弹时,也可以多计算一个步长来确认结果:
取第5秒进行验算,即飞机与导弹相距6000m时,飞行员处于中等工作压力等级,此刻处于红外干扰弹有效发射区间内,飞行员四种决策对应的期望效能值采用下面步骤计算:
(1)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第一种决策的基础效能值为dmiss/dmax,但此时飞行员处于中等工作压力等级,确定脱靶距离时,应根据感知距离来确定脱靶距离,此时,感知距离为:
5833m对应的脱靶距离约为105m,且后验概率为中、高工作压力等级下的后验概率,则第一种决策的期望效能值为:
j(1)=pmh(u1|v1)u(1)=0.158*105/150=0.111
(2)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第二种决策的基础效能值为0,则第二种决策的期望效能值为:
j(2)=pmh(u2|v1)u(2)=0.842*0=0
(3)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第三种决策的基础效能值为0,则第三种决策的期望效能值为:
j(3)=pmh(u1|v2)u(3)=0.871*0=0
(4)处于红外干扰弹有效发射区间内时,第四种决策的基础效能值为0,则第四种决策的期望效能值为:
j(4)=pmh(u2|v2)u(4)=0.129*0=0
可见,第5秒时,取期望效能值最大的决策作为飞行员的决策,则此时飞行员的决策为“有效发射区间内发射干扰弹”,即发射干扰弹。
在得到红外干扰弹最佳发射时刻时,采用下式得到飞机的最高生存力:
其中:ps为飞机的最高生存力;pk为飞机的杀伤概率;ap为飞机的易损面积;d0miss为红外干扰弹最佳发射时刻所对应的导弹脱靶距离。
下面列举评估飞机的生存力的具体示例:
假定飞机的易损面积为600m2,飞行员的决策为“在相距7000m时发射红外干扰弹”,根据红外干扰弹有效投放区间,得知7000m时发射红外干扰弹对应的导弹脱靶距离约为10m,则:飞机的生存力:
步骤4;立即向飞行员发送投放红外干扰弹的控制指令,使飞行员在红外干扰弹最佳发射时刻发射红外干扰弹。
由此可见,本发明以最高生存力为目标对飞行员的实时决策进行实时预测,并且考虑了数据链性能对飞机生存力及飞行员决策的影响,还考虑了飞行员工作压力对飞行员最终决策的影响,并提出了具体的量化公式,从而可以精确的计算出飞行员在飞机为最高生存力时作出投放干扰弹决策的最佳时机,从而实时通知飞行员在红外干扰弹最佳发射时刻发射红外干扰弹,可以使导弹的脱靶距离最大,飞机的战场生存力最高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。