反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃技術(shù)

前言

反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃是武器系統(tǒng)與運(yùn)用工程領(lǐng)域的一項(xiàng)新課題，也是一個復(fù)雜的多約束、多目標(biāo)優(yōu)化問題，其本質(zhì)是綜合利用信息處理、決策、優(yōu)化等技術(shù)，在滿足各種約束條件的情況下，為反艦導(dǎo)彈或彈群規(guī)劃出符合特定優(yōu)化指標(biāo)的最優(yōu)航路。隨著遠(yuǎn)程精確制導(dǎo)技術(shù)和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，反艦導(dǎo)彈有了更加廣闊的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用空間，而航路規(guī)劃正是反艦導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)各種戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用和提高打擊效果的主要途徑之一，其相關(guān)研究工作具有重要的意義。20世紀(jì)80年代，外軍開始研究軍事領(lǐng)域飛行器的航路規(guī)劃。航路規(guī)劃技術(shù)在西方軍事發(fā)達(dá)國家尤其美國、英國以及法國研究深入，并在海灣戰(zhàn)爭期間被首次使用，對多國部隊(duì)的成功作戰(zhàn)起到了很大作用。在反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃方面，國外先進(jìn)軍事國家，如美、俄等國，始終致力于此方面的研究和探索，投入了大量資源。由于此類先進(jìn)技術(shù)問題比較敏感，國外相關(guān)資料基本處于封鎖狀態(tài)。相對于國外研究起步較早且投入較大而言，我國對反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的研究還有一定差距。面向需求，必須全面深入開展反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃研究，尤其是對其中核心規(guī)劃算法和相關(guān)地理信息處理技術(shù)等關(guān)鍵問題的研究。謝曉方和孫濤等同志所著的《反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃技術(shù)》一書，填補(bǔ)了此類專著的空缺，不僅系統(tǒng)深入地討論了反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃技術(shù)的理論和相關(guān)技術(shù)問題，而且注重實(shí)用性，書中的許多內(nèi)容都來自作者的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究心得。相信該書的出版一定能夠?qū)ξ覈嚓P(guān)領(lǐng)域的研究起到推動作用。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)、深入地闡述了反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的相關(guān)技術(shù)，主要包括航路規(guī)劃的基本概念，反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的數(shù)學(xué)描述，反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃所涉及的大地主題問題、地理信息和威脅信息的處理方法。本書詳細(xì)闡述了多種反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃算法，并介紹了部分應(yīng)用方法。    本書主要面向國防和武器裝備研究人員，也可以作為相關(guān)專業(yè)研究生或本科生教材，以及從事導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)使用和維護(hù)的技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

謝曉方，1962年6月出生，海軍武器控制系統(tǒng)專家．教授、博士生導(dǎo)師。長期從事火力控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究，對反艦導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)和航空火力綜合控制系統(tǒng)有深入研究，多項(xiàng)成果達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，應(yīng)用遍及火炮、導(dǎo)彈、艦艇、飛機(jī)等領(lǐng)域。1992年被國家人事部授予“中青年有突出貢獻(xiàn)專家”稱號，從1992年起享受國務(wù)院頒發(fā)的“政府特殊津貼”

書籍目錄

第1章  概述  1.1  飛行器航路規(guī)劃的基本概念    1.1.1  飛行器航路規(guī)劃系統(tǒng)的組成和分類    1.1.2  飛行器航路規(guī)劃的基本約束和優(yōu)化指標(biāo)    1.1.3  航路規(guī)劃需要解決的關(guān)鍵問題  1.2  飛行器航路規(guī)劃基本方法    1.2.1  簡單航線管理    1.2.2  分層規(guī)劃思想    1.2.3  實(shí)時航路規(guī)劃與TP/TA2  1.3  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃    1.3.1  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的作用    1.3.2  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃系統(tǒng)發(fā)展趨勢第2章  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型  2.1  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的數(shù)學(xué)描述  2.2  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的優(yōu)化指標(biāo)    2.2.1  戰(zhàn)術(shù)效果指標(biāo)    2.2.2  航程指標(biāo)    2.2.3  安全指標(biāo)    2.2.4  飛行時間指標(biāo)    2.2.5  航路優(yōu)化的綜合評價指標(biāo)  2.3  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的約束條件    2.3.1  地形與威脅約束    2.3.2  戰(zhàn)術(shù)約束    2.3.3  最大航程約束    2.3.4  機(jī)動性能約束    2.3.5  其他約束  2.4  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的算法第3章  大地主題相關(guān)問題  3.1  不同大地基準(zhǔn)下目標(biāo)定位誤差    3.1.1  幾種基本的大地基準(zhǔn)    3.1.2  求解目標(biāo)定位偏差時所涉及的數(shù)學(xué)模型    3.1.3  偏差的實(shí)例分析  3.2  大地主題解算的簡化方法    3.2.1  橢球面上解算大地主題問題的精確算法：Bowring公式    3.2.2  橢球體簡化為圓球體的方法    3.2.3  橢球面簡化為圓球面的方法    3.2.4  橢球面簡化為平面的簡化方法第4章  數(shù)字地圖技術(shù)  4.1  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃用圖分析    4.1.1  數(shù)字地圖概述    4.1.2  反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃數(shù)據(jù)使用特點(diǎn)  4.2  柵格數(shù)字地圖處理技術(shù)    4.2.1  數(shù)字高程模型    4.2.2  數(shù)字地圖網(wǎng)格劃分    4.2.3  單元格代價計算    4.2.4  有向圖的建立  4.3  矢量數(shù)字地圖處理技術(shù)    4.3.1  等高線預(yù)處理    4.3.2  基于掃描束的矢量地形裁剪方法第5章  威脅處理技術(shù)  5.1  威脅的建模    5.1.1  已知固定威脅    5.1.2  已知移動威脅    5.1.3  未知威脅    5.1.4  實(shí)現(xiàn)方法  5.2  威脅的評估方法  5.3  矢量地形威脅通視性方法    5.3.1  基本算法原理    5.3.2  改進(jìn)算法描述    5.3.3  算法仿真驗(yàn)證與分析  5.4  柵格地形通視性分析方法    5.4.1  通視性分析的基本算法    5.4.2  L-MinMax區(qū)間    5.4.3  視線方向選擇    5.4.4  算法描述    5.4.5  仿真驗(yàn)證與分析  5.5  其他處理方法第6章  簡單航路規(guī)劃方法  6.1  各階段航路規(guī)劃的主要目標(biāo)  6.2  求解航路關(guān)鍵點(diǎn)    6.2.1  求解起始段終點(diǎn)    6.2.2  求解搜索攻擊段起點(diǎn)    6.2.3  最大轉(zhuǎn)彎角調(diào)整  6.3  前置射擊問題    6.3.1  目標(biāo)運(yùn)動預(yù)測    6.3.2  前置射擊模型第7章  基于SAS的航路管道規(guī)劃  7.1  地形數(shù)據(jù)提取    7.1.1  提取高度層    7.1.2  規(guī)劃區(qū)域地形裁剪  7.2  SAS算法    7.2.1  SAS算法簡述    7.2.2  SAS算法的存儲結(jié)構(gòu)    7.2.3  搜索節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展    7.2.4  航路管道  7.3  末端進(jìn)入角的控制  7.4  算法的改進(jìn)    7.4.1  節(jié)點(diǎn)密集度約束    7.4.2  算法仿真驗(yàn)證與分析    7.4.3  算法復(fù)雜度    7.4.4  啟發(fā)路徑網(wǎng)  7.5  SAS三維規(guī)劃    7.5.1  SAS高程規(guī)劃的基本步驟    7.5.2  SAS高程節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展第8章  動態(tài)幾何規(guī)劃算法  8.1  算法基本流程  8.2  求解航路的基本算法    8.2.1  階段劃分    8.2.2  規(guī)避樹    8.2.3  局部規(guī)避算法    8.2.4基本幾何運(yùn)算  8.3  算法的改進(jìn)    8.3.1  算法的復(fù)雜度    8.3.2  改進(jìn)方法  8.4  三維航跡規(guī)劃    8.4.1  總體規(guī)劃流程    8.4.2  躍升區(qū)間    8.4.3  躍起點(diǎn)計算    8.4.4  鄰近地形的高程規(guī)劃  8.5  規(guī)劃算法仿真對比與分析第9章  基于遺傳算法的航路規(guī)劃  9.1  遺傳算法的原理  9.2  遺傳算法水平航路規(guī)劃    9.2.1  染色體的編碼    9.2.2  初始群體的確定    9.2.3  遺傳操作  9.3  航路適應(yīng)度函數(shù)  9.4  算法的改進(jìn)與局限性    9.4.1  改進(jìn)方法    9.4.2  算法的局限性第10章  基于蟻群算法的航路規(guī)劃  10.1  蟻群算法的原理  10.2  螞蟻尋優(yōu)模型    10.2.1  螞蟻狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則    10.2.2  信息素的更新  10.3  航路節(jié)點(diǎn)開辟與優(yōu)化  10.4  算法仿真驗(yàn)證  10.5  蟻群算法與進(jìn)化算法的對比  10.6  蟻群算法的改進(jìn)    10.6.1  自適應(yīng)航路點(diǎn)選擇策略    10.6.2  信息素蒸發(fā)因子自適應(yīng)調(diào)整策略    10.6.3  節(jié)點(diǎn)信息素最大/最小值限制策略    10.6.4  建立有向圖    10.6.5  變步長第11章  新興的航路規(guī)劃算法  11.1  改進(jìn)的粒子群優(yōu)化方法    11.1.1  粒子群優(yōu)化算法分析    11.1.2  航路粒子的編碼    11.1.3  小生境粒子群算法    11.1.4  共享適應(yīng)值模型    11.1.5  動態(tài)調(diào)整小生境    11.1.6  子群體協(xié)同模式設(shè)計  11.2  魚群算法    11.2.1  航路的AF模型    11.2.2  魚群行為分析    11.2.3  Tabu公告牌    11.2.4  AF生存與競爭機(jī)制  11.3  模擬退火法    11.3.1  模擬退火算法流程    11.3.2  航路新解的產(chǎn)生    11.3.3  冷卻進(jìn)度表    11.3.4  循環(huán)終止條件    11.3.5  算法的改進(jìn)第12章  基于航路規(guī)劃的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用  12.1  低空突防  12.2  迂回攻擊  12.3  區(qū)域搜索攻擊  12.4  飽和攻擊    12.4.1  攻擊角度的分配    12.4.2  發(fā)射時間的協(xié)調(diào)  12.5  近程打擊附錄  中英文名詞對照表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.基本約束飛行器航路規(guī)劃的基本約束可以歸納為以下幾個方面。1）突防約束如果敵方防御系統(tǒng)不能捕獲和跟蹤飛行器，或雖能捕獲卻來不及成功攔截，則飛行器達(dá)到了突防目的。尤其在低空突防飛行中，兩種主要的約束是地形和敵方的防空火力。其中，地形約束是必須要滿足的，否則飛行器必定撞毀；而防空火力約束則是要盡量滿足，在確實(shí)無法滿足的情況下，飛行器還可以進(jìn)行強(qiáng)行突破。地形和防空火力構(gòu)成了對飛行器航路規(guī)劃的兩種主要約束。2）飛行器機(jī)動性能約束航路規(guī)劃必須考慮飛行器機(jī)動性能的限制，確保航路規(guī)劃結(jié)果是切實(shí)可行性。例如，過大的轉(zhuǎn)彎角、爬升／下滑角在實(shí)際中都是無法實(shí)現(xiàn)的。而且，如果不考慮導(dǎo)彈機(jī)動性能的限制，在很多情況下會使得最優(yōu)航路的搜索空間大大增加，從而增加航路規(guī)劃程序的額外負(fù)擔(dān)。3）飛行器導(dǎo)航精度約束導(dǎo)航與定位能力是使飛行器能夠沿規(guī)劃航路飛行的前提。對于導(dǎo)航能力較差的飛行器，建立高精度航路規(guī)劃模型的實(shí)際意義不大，同時也是對航路規(guī)劃系統(tǒng)資源的浪費(fèi)；而對于導(dǎo)航精度較高的規(guī)劃對象，低精度的航路規(guī)劃模型又不能夠滿足任務(wù)要求。在某些規(guī)劃中，除了規(guī)劃飛行器的參考航跡外，還要求給出符合誤差模型的飛行安全管道，因此，導(dǎo)航精度是航路規(guī)劃中必須考慮的因素。2.優(yōu)化指標(biāo)航路優(yōu)化指標(biāo)用來評價航路的優(yōu)劣，在所有可行航路中，優(yōu)化指標(biāo)最大（或?。┑暮铰芳礊樗蠛铰贰＝?yōu)化指標(biāo)的關(guān)鍵是建立優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)。對于航路規(guī)劃的不同用途，優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)也有很大的差異。飛行器的優(yōu)化指標(biāo)主要包括任務(wù)效果指標(biāo)和航路安全指標(biāo)兩個方面。1）任務(wù)效果指標(biāo)任務(wù)效果指標(biāo)主要描述飛行器按照規(guī)劃航路飛行時，對所執(zhí)行任務(wù)的有利程度。例如：對無人偵察機(jī)來說，其任務(wù)效果要求其在最短的時間內(nèi)遍歷所有的任務(wù)地點(diǎn)；而對于導(dǎo)彈來說，其任務(wù)效果要求以最大的概率命中目標(biāo)或能夠?qū)δ繕?biāo)造成最大的毀傷。2）航路安全指標(biāo)航路安全指標(biāo)主要描述飛行器按照規(guī)劃航路飛行時，其自身是否會發(fā)生撞地以及被防空火力擊毀等情況。例如：軍用飛機(jī)和導(dǎo)彈需要對敵方的防空火力進(jìn)行規(guī)避；低空飛行的飛行器需要對高于其飛行高度的地形進(jìn)行規(guī)避。

編輯推薦

　　反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃涉及到地理信息處理技術(shù)、威脅處理技術(shù)和最優(yōu)化算法等許多方面?！斗磁瀸?dǎo)彈航路規(guī)劃技術(shù)》力求全面和深入闡述反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃的概念、原理、方法和應(yīng)用技術(shù)，并注重實(shí)用性。全書內(nèi)容由三大部分組成：第一部分由第1章和第2章組成，對反艦導(dǎo)彈的基本概念、常用技術(shù)進(jìn)行介紹，并從數(shù)學(xué)角度對反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃進(jìn)行描述；第二部分由第3章到第5章組成，對反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃所涉及的大地主題問題、地理信息和威脅信息的處理方法進(jìn)行闡述；第三部分由第6章及其后各章組成，對反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃算法及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行闡述。各部分之間是遞進(jìn)關(guān)系，每一部分的各章之間又相對獨(dú)立，讀者可根據(jù)需要有選擇地閱讀。

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