一种攻防场景的进攻弹目标分配及其博弈对象匹配方法

本发明属于多飞行器攻防对抗场景的对抗策略设计领域，特别提出了一种攻防场景的进攻弹目标分配及其博弈对象匹配方法。

背景技术：

1、随着航空航天领域技术水平的不断发展，飞行器逐渐向智能化、集群化、体系化方向发展，飞行器任务场景从传统的单个飞行任务逐渐转变为多飞行器之间的攻防对抗场景。场景中进攻方需要完成多个进攻弹的目标分配，并且进攻弹在与多枚拦截弹进行博弈对抗的过程中需要准确匹配进攻弹对应的博弈对象。综上所述，多进攻弹的目标分配及其博弈对象匹配对于进攻方的整个突防飞行任务的执行效果和任务决策具有重要意义。

2、当前关于目标分配方法的研究主要通过设计当前战场态势的评估函数作为目标分配时的目标函数，将问题抽象成一定约束条件下的任务规划问题后再利用优化算法(如蚁群算法、遗传算法等)进行求解。相关的方法需要获取较多飞行器的状态参数，当面临大量飞行器的攻防对抗场景时算法求解所需的时间较长，不利于多飞行器攻防对抗场景下对于飞行器的实时性要求。当前关于博弈对象匹配方法的研究较少，少量关于飞行器博弈对象方法的研究采用lstm网络(long short-term memory,长短期记忆网络)预测博弈对象的匹配关系，但是该方法在面临大量飞行器时所需的参数和计算量较大，对飞行器的数据存储和计算能力有一定要求。除此之外相关研究主要集中在敌方拦截弹的意图识别领域，然而预测敌方拦截弹的战术意图并不能直接得出进攻弹与拦截弹的博弈对象匹配关系。综合上述问题，需要设计一种参数需求少、计算方式简单快速的进攻弹目标分配及其博弈对象匹配方法，为多飞行器攻防对抗场景中进攻方的实时任务决策提供技术参考。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服当前多飞行器攻防对抗场景下进攻弹目标分配及其博弈对象匹配的算法参数需求量大、计算速度慢的不足，提出一种攻防场景的进攻弹目标分配及其博弈对象匹配方法。本发明具有参数需求少、计算形式简单且计算速度快的优点，能够减小对飞行器硬件存储和计算能力的需求；目标分配的结果能够在满足进攻弹对目标的可达性约束的情况下尽可能均匀地打击地面目标，并实现实时获取进攻弹与拦截弹之间的匹配关系，为攻防对抗场景中进攻方提供任务决策参考信息。

2、本发明实施例提出一种攻防场景的进攻弹目标分配方法，包括：

3、1)根据进攻弹对地面目标的可达性情况，建立对应的可达性矩阵；

4、其中，可达性矩阵a的大小为n×g，n为进攻弹的数目，g为地面目标的数目；若第i个进攻弹能够到达第j个地面目标，则矩阵a中第i行第j列的元素aij＝1，否则aij＝0，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,g；

5、2)根据步骤1)建立的可达性矩阵a，对进攻弹进行目标分配；具体步骤如下：

6、2-1)构建一个n行的列向量s，s中各元素的确定方法为：

7、如果当前可达性矩阵a中的第i行的元素和则s中第i行的元素si＝1，表示第i个进攻弹尚未完成分配；如果则s中第i行的元素si＝0，表示第i个进攻弹有对应的一个地面目标或不能打击任何目标；

8、2-2)对s进行判定：

9、若s中存在任一元素等于1，则进入步骤2-3)；否则，所有进攻弹目标分配完毕，将当前可达性矩阵a作为目标分配结果；

10、其中，若矩阵a中的元素aij＝1，则表示第i个进攻弹打击第j个地面目标；若aij＝0，则表示第i个进攻弹不打击第j个地面目标；

11、2-3)对当前可达性矩阵a按列求和得到对应的行向量w，w中第j列的元素表示第j个地面目标可能遭受的进攻弹数目；

12、计算表示尚未分配的进攻弹分配给每个地面目标的平均值，其中表示向上取整；

13、2-4)通过对行向量w中每个元素对应的地面目标进行进攻弹分配，得到更新后的可达性矩阵a；具体步骤如下：

14、2-4-1)将行向量w中每个元素按从小到大的顺序进行排列，将排序后的第一个元素作为当前元素；

15、2-4-2)记当前元素为wj；

16、2-4-3)为wj对应的第j个地面目标分配进攻弹，计算第j个地面目标对应的列向量tj＝sign(s)⊙aj，该列向量为n行；

17、其中，⊙表示hadamard乘积，sign(·)表示符号函数，aj表示矩阵a的第j列；tj中的元素值为0或1，其中等于1的元素表示该行所对应的进攻弹尚未分配并且该进攻弹能够到达第j个地面目标，等于0的元素表示该行所对应的进攻弹已经分配或不能够到达第j个地面目标；

18、2-4-4)通过对wj进行判定，更新可达性矩阵a，具体如下：

19、若则表示第j个地面目标可能遭受的进攻弹数目小于尚未分配的进攻弹数目的平均值，通过以下方式更新矩阵a：对满足tjk＝1的k值，更新矩阵a中第k行第l列的元素为akl＝0，l≠j，其中tjk表示列向量tj中的第k个元素；

20、若，表示第j个地面目标可能遭受的进攻弹数目大于等于尚未分配的进攻弹数目的平均值，通过以下方式更新矩阵a：对满足tjk＝1且的k值，更新矩阵a中第k行第l列的元素为akl＝0，l≠j；

21、2-4-5)将当前元素在排序后的行向量w中的下一个元素作为新的当前元素，然后重新返回步骤2-4-2)；对排序后的行向量w中所有元素遍历完毕后，重新返回步骤2-1)。

22、本发明实施例还提出一种进攻弹博弈对象匹配方法，包括：

23、s1：执行上述一种攻防场景的进攻弹目标分配方法，得到目标分配结果；

24、s2：根据s1的目标分配结果，令末制导开始的时刻为0时刻，初始化t时刻的匹配参数矩阵q(t)记为q(0)＝0，q(t)的大小为n×m，m为拦截弹的数目；矩阵q(t)中第i行第j列的元素qij(t)表示t时刻第j个拦截弹与第i个进攻弹的匹配参数；

25、初始化t时刻拦截弹追踪进攻弹的概率矩阵p(t)记为1为全1矩阵；p(t)的大小为n×m，矩阵p(t)中第i行第j列的元素pij(t)表示t时刻第j个拦截弹追踪第i个进攻弹的估计概率；

26、s3：将当前时刻记为t时刻；其中，相邻两个时刻的间隔为δt，δt表示进攻方对拦截弹速度测量的间隔时长；

27、s4：计算t时刻拦截弹对进攻弹的比例导引理论加速度；

28、其中，t时刻第j个拦截弹对第i个进攻弹的比例导引理论加速度a(t)n,ij计算表达式如下：

29、

30、其中，k为比例导引系数，v(t)r,ij为第i个进攻弹相对于第j个拦截弹的相对速度大小，ω(t)los,ij为第i个进攻弹相对于第j个拦截弹的视线角速度，e(t)v,ij为第i个进攻弹相对于第j个拦截弹的相对速度方向上的单位向量，r(t)ij为第i个进攻弹相对于第j个拦截弹的相对距离，e(t)l,ij为第i个进攻弹相对于第j个拦截弹的相对位置方向上的单位向量；

31、s5：计算t时刻拦截弹的测量加速度；

32、其中，t时刻第j个拦截弹的测量加速度计算表达式如下：

33、

34、其中，v(t-δt)j,v(t)j分别表示上一个时刻和当前时刻测得的第j个拦截弹的速度，δt表示进攻方对拦截弹速度测量的间隔时长；

35、s6：计算t时刻拦截弹与进攻弹的比例导引理论加速度和测量加速度的夹角余弦值；

36、其中，t时刻第j个拦截弹与第i个进攻弹的比例导引理论加速度和测量加速度的夹角余弦值计算表达式如下：

37、

38、s7：更新匹配参数矩阵q(t)；

39、其中，匹配参数矩阵q(t)中元素qij(t)的更新表达式如下：

40、

41、其中，t为遗忘时间常数；

42、s8：更新概率矩阵p(t)；

43、其中，概率矩阵p(t)中的元素pij(t)更新表达式如下：

44、

45、所有pij(t)更新完毕后，逐列比较概率矩阵p(t)中的元素，将每一列最大的元素置为1，其余元素置为0，得到当前时刻的博弈对象匹配关系矩阵中第i行第j列的元素表示t时刻第j个拦截弹是否追踪第i个进攻弹的判定结果，1表示追踪，0表示不追踪；

46、s9：当下一时刻来临时，重新返回步骤s3。

47、本发明的特点及有益效果在于：

48、1.本发明只依赖于进攻弹对地面目标的可达性信息，直接对可达性矩阵进行迭代操作，最终可获得目标分配矩阵。通过本发明得到目标分配的结果满足可达性约束、对参数需求少、计算方法简单，有利于提升多飞行器攻防对抗场景下目标分配任务决策的实时性。

49、2.本发明在进行进攻弹博弈对象匹配时，只依赖于测量的拦截弹位置和速度信息，利用指数衰减函数设计了考虑时序信息的匹配参数，通过softmax函数计算追踪概率，参数需求少、计算简单，为进攻方的实时任务决策提供参考。

50、3.本发明能够应用于飞行器数量较大的攻防对抗场景，快速给出进攻弹的目标分配方案，同时为进攻方的后续决策提供进攻弹与拦截弹的博弈对象匹配关系信息，对于进攻方的任务决策系统设计具有参考意义。