一种多车场机动路径的多目标动态规划方法

本发明属于军事训练，尤其涉及一种多车场机动路径的多目标动态规划方法。

背景技术：

1、导弹武器是现代高科技的结晶和化身，导弹在未来作战中将发挥越来越重要的作用，具有不同于一般进攻性武器的突出特点，尤其是其威力大、射程远、精度高、突防能力强的显著特性，使其成为了具有超强进攻性和强大威慑力的武器，成为了维持战略平衡的支柱、不对称作战的主角和“撒手锏”、信息化战争的主战装备、实现精确作战的必备装备、各类武器平台作战能力的提升器、现代作战防御系统的主要拦截器等。为了保证导弹武器在一次行动中能够有效完成作战任务且受到打击的风险最低，给出发射任务的合理分配方案和发射方案,使得导弹发射装置能够在暴露时间尽可能短的条件下完成导弹发射任务就成为了具有重要实际意义的问题。

2、在军事训练中，某型导弹使用车载发射装置，平时部署在待机区域隐藏待机，在受领发射任务后，能携带导弹沿道路机动，快速抵达指定发射点位实施导弹发射，对射程内的目标进行火力打击。导弹运输中存在多波次、多个待机区域或转载区域、多个打击目标、多个发射点位的发射任务，实质是一种多车场机动路径的多目标动态规划问题，如何得到该问题的最优任务分配解是一个难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种多车场机动路径的多目标动态规划方法，包括以下步骤：

2、收集参数，包括待机地域、转载地域、打击目标、发射点位的分布和道路情况；

3、筛选发射点位：利用拉普拉斯矩阵以多个转载区域和待机区域为中心，对30个发射点位进行第一次筛选；第二步，利用导弹弹道不得交叉这一条件，对通过第一次筛选的发射位点进行再筛选；

4、规划各个发射点位的射击分配方案；

5、明确射击分配方案后，建立多目标动态规划模型，使用wardrop平衡配流原则规划对筛选后的发射点位和各个道路节点、转载区域和各个车载发射装置两个波次的机动方案进行定量分析规划，求得各个车载发射装置的根据各个车载发射装置第二波次的机动方案，确定各个转载区域的导弹类型和数目，并得出各个波次各台发射装置的机动方案。

6、进一步地，对于多波次打击任务，建立路径约束条件如下：

7、

8、

9、t等待为等待时间，n为指定道路上相向而行的车辆数，mhg为节点可通变量，δs为车辆会车预备路程；

10、需要得出最短的等待时间；

11、

12、

13、shg是车辆会车路程上限，v是车辆速度，h和g是由待机区域d、发射区域f、道路节点d和转载区域z组成的向量，q是由h和g组成的集合；

14、对于路径的选择与一波次打击最大区别在与上一波次已用发射区域不得连续使用，由阵地使用函数进行确定：

15、

16、其中，f为发射区域，γf为阵地使用函数，

17、把发射阵地使用函数用于路径的选择上，即为确定路线是否可用，使其作为参量改变决策变量xhg：

18、

19、决策变量xhg用于确定某线路是否可用；

20、由于导弹装备施行多波次打击任务，需要前往转载区域填充弹药，建立路程、车辆位置与转载区域剩余导弹量εz之间的联系：

21、εz∈{0,1,...,λ}

22、λ为每个转载区域的起始存弹量；

23、发射装置为：p＝{p1,p2,…,pn}，pn为发射装置编号；

24、

25、

26、xpz为发射装置p是否前往转载区域z的决策参数，和为第pn个和第pn-1个发射装置前往转载区域的路程；

27、再利用函数sdf＝∑xhgshg确定对于每一台导弹车所需要的最佳转载点。

28、进一步地，时间约束条件即为所有导弹最后都应同时发射导弹，以减少暴露时间；具体时间约束条件如下：

29、δt＝t候载+t待机+t等待+t转载

30、δt为完成发射任务时间；当待机时间为0，δt一定时，尽量将机动时间差用于转载，或在转载区域等待出发,从而缩小δt，减小暴露时间；

31、t机动＝∑t机动，t等待＝∑t等待，t候载＝∑t候载

32、其中t候载＝n×t0

33、ti＝min(∑t机动+∑t等待+∑t候载)

34、

35、t0为装置装载平均时间；

36、目标函数作为评估依据，对路线进行评价：

37、t＝{t1t2…tg*h}

38、

39、φs为路径方案评价函数。

40、进一步地，求解各个波次各台发射装置的机动方案，具体包括3个步骤：

41、使用图论与matlab编程对发射点位进行筛选；

42、使用wardrop平衡配流原则规划求解车载发射装置的机动方案；

43、使用lagrange算法求解出整体最大暴露时间。

44、进一步地，使用图论与matlab编程对发射点位进行筛选，包括：

45、将待机区域，发射位点，转载区域抽象成一个有向赋权图中每个节点为不同的待机区域点，发射位点以及转载区域点，其中，作战区域示意图中的任意两个相邻点位所构成的一条边为e，如果从中的节点vi到vj通过有向边连接，即vi和vj为邻接节点，则记作(i，j)∈e，点vi和vj有一个数w(vi，vj)，称之为有向边的权，即边权；

46、由于赋权图是一个简单图,定义为矩阵p＝(vx,y)；

47、同时，由于每个波次的火力打击之间都进行转换，将发射点位选取靠近转载区域z1到z5，建立矩阵z＝{z1,z2,z3,z4,z5}；

48、在给定赋权图中联接矩阵z和矩阵v；利用拉普拉斯矩阵得出：

49、

50、当deg(vx,y-zx)＝1时；即得出适合的发射点位vx,y；

51、为了保证二个波次的弹道不交叉，采用弹道平面交叉方法来优化弹道分配，以达到每枚导弹都能正确无误的命中目标点的目的；

52、建立无向图g＝{v,e}和集合p(导弹集合)，v被分成三个不交叉的集合，包括发射点位集合q、目标点集合r和其他点集合s，p集合被分成2个阶段p＝{p1,p2}，p1,p2与q1之间分别存在着一对一的对应关系，p1与r存在着多对多的关系，q与r的关系为多对多的关系；分析这些对应关系，即可筛选出最后的发射点位，并求出个发射点位的射击目标。

53、进一步地，使用wardrop平衡配流原则规划求解车载发射装置的机动方案，包括：

54、各个机动方案的时间最短，且都不大于未被利用的机动方案，满足这一原则的机动方案状态称为wardrop平衡状态，使用wardrop平衡配流原则对转载区域等待和道路节点等待进行规划，由于机动方案的时间是路程的严格的增函数，其数学表达式为：

55、x,y∈[0,70],k∈[0,5],a,b∈[0,30]；vx,y为赋权图中的坐标点，为转载区域附近的点，fa和fb为第a个和第b个车载发射装置，ca为机动方案；

56、

57、

58、fb＝fa+m，m为等待时间，

59、

60、求出各台车载发射装置的机动方案后，得出各个波次使用的发射位点；

61、然后使用matlab对各波次的发射位点进行编程，确保车载发射装置在这些发射位点发射的导弹弹道不交叉；

62、再使用多目标动态规划模型对matlab编程和机动方案进行动态规划，得出每台车载发射装置的机动方案和各波次发射任务的合理分配方案；

63、最终求解得出各台车载发射装置各波次的机动方案。

64、进一步地，使用lagrange算法求解出整体最大暴露时间，包括：

65、x,y∈[0,70]，a,k∈[1,12],vx,y为赋权图中的坐标点，为前往vx,y的车载发射装置；单个波次的暴露时间的lagrange函数为：

66、

67、其中，vx,y、分别为lagrange乘子，分别为其对应的发射点位以及各个设定的车载发射装置的距离表示，一阶条件为：

68、

69、

70、

71、其中：

72、

73、得出

74、

75、

76、是多目标规划模型的约束，是在wardrop平衡配流原则求解的单个波次暴露时间最长的机动方案。

77、本发明的有益效果如下：

78、1)通过先对射击点位进行筛选，再规划机动方案，降低了模型的复杂度。

79、2)通过使用弹道平面交叉算法求解发射任务的分配方案，降低了模型的规划时出错的概率。

80、3)通过使用lagrange函数与wardrop平衡原理，将多个方程组求解问题转换为了函数最值求解问题，提高了模型的实用性和适应性。