无人机作战效能评估方法研究

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1.1研究背景和意义 (1)

1.1.1无人机及其军事应用概述 (1)

1.1.2无人机在军事冲突中的经典运用 (3)

1.1.3作战效能评估的必要性 (3)

1.2无人作战飞机研究现状简介 (4)

1.2.1国外典型军用无人机简介 (4)

1.2.2国内典型军用无人机简介 (8)

1.3作战效能评估方法综述 (9)

1.3.1作战效能的定义 (9)

1.3.2作战效能评估的发展历程 (10)

1.3.3作战效能评估的常用方法 (11)

1.4研究#容#章节安排 (14)

第二章无人机超视距空战的效能分析 (17)

2.1超视距空战研究现状分析 (17)

2.2基于人工势场的态势评估 (18)

2.2.1作战飞机的人工势场 (18)

2.2.2队形力和斥力 (19)

2.2.3队形力和斥力的分解 (20)

2.2.4 威力 (22)

2.2.5综合态势评估结果 (23)

2.3空战决策 (23)

2.3.1空战决策的目标函数 (23)

2.3.2空战决策中的目标分配算法 (24)

2.4空战损耗裁定 (27)

2.4.1两步裁定法 (27)

2.4.2先敌发射率 (28)

2.4.3超视距空战的损耗模型 (29)

2.5仿真分析 (30)

2.6本章小结 (32)

第三章诱饵弹干扰下无人机空战的建模与分析 (35)

3.1诱饵弹干扰下的空战问题描述 (35)

3.1.1作战想定 (35)

3.1.2机载传感装置的性能建模 (36)

3.2诱惧弹干扰下的Lanchester空战模型 (37)

3.2.1 经典 Lanchester 方程 (37)

3.2.2 改进 Lanchester 方程 (39)

3.3静态攻击阈值优化的建模及求解 (42)

3.3.1 Lanchester 方程的化简 (42)

3.3.2静态攻击阈值优化模型 (42)

3.3.3攻击阈值优化求解算法 (43)

3.3.4仿真分析 (45)

3.4自杀式无人机的空战模型及攻击阈值分析 (47)

3.4.1作战想定 (47)

3.4.2自杀式无人机的Lanchester作战方程 (48)

3.4.3自杀式无人机的攻击阈值优化模型 (48)

3.4.4仿真分析 (49)

3.5本章小结 (51)

第四章诱饵弹干扰下的无人机动态攻击阈值控制 (53)

4.1作战想定和空战建模 (53)

4.1.1作战想定 (53)

4.1.2动态攻击阈值下的无人机空战模型 (53)

4.2最优控制问题描述 (54)

4.2.1最优控制的状态方程 (54)

4.2.2系统状态的初始条件和终端条件 (54)

4.2.3系统控制域 (55)

4.2.4系统的性能指标 (55)

4.3最优控制问题的求解方法研究 (57)

4.3.1间接法 (57)

4.3.2直接法 (59)

4.3.3伪谱法 (61)

4.4 Lanchester方程中的最优控制问题分析 (64)

4.5仿真分析 (67)

4.6自杀式无人机的动态攻击阈值控制 (71)

4.6.1作战想定 (71)

4.6.2自杀式无人机的最优攻击阈值控制模型 (71)

4.6.3仿真分析 (73)

4.7本章小结 (78)

第五章敌方杀伤力未知情况下的最优攻击阈值控制 (79)

5.1敌方杀伤力未知下奸击型无人机的最优攻击阈值 (79)

5.1.1敌方杀伤力未知下的Lanchester方程 (79)

5.1.2敌方杀伤力未知下的最优控制模型 (80)

5.2仿真分析 (83)

5.3敌方杀伤力未知下的自杀式无人机最优攻击阈值 (87)

5.3.1敌方杀伤力未知下的自杀式无人机Lanchester方程 (87)

5.3.2敌方杀伤力未知下自杀式无人机的最优控制模型 (88)

5.4仿真分析 (90)

5.5本章小结 (94)

第六章基于改进对数法的无人作战航空综合体效费分析 (97)

6.1基于改进对数法的无人机作战效能评估 (97)

6.1.1对空作战能力评估 (97)

6.1.2对地攻击能力评估 (98)

6.1.3目标侦察能力评估 (98)

6.1.4仿真算例 (100)

6.2无人作战航空综合体的效费分析 (101)

6.2.1无人作战航空综合体的效能模型 (101)

6.2.2无人作战航空综合体的寿命周期费用 (102)

6.2.3基于多目标差分进化算法的综合效费优化 (103)

6.2.4仿真算例 (107)

6.3本章小结 (108)

第七章基于灰色系统理论的无人机作战效能评估 (111)

7.1无人机的任务可靠性分析 (111)

7.1.1机载设备的代表一综合任务管理计算机 (112)

7.1.2典型无人机的综合任务管理计算机 (112)

7.1.3基于动态故障树的可靠性分析 (113)

7.1.4仿真算例 (115)

7.2基于灰色系统理论的作战效能建模与分析 (121)

7.2.1无人机作战效能评估的指标体系构建 (121)

7.2.2基于灰色系统理论的作战效能评估步骤 (122)

7.2.3仿真算例 (125)

7.3本章小结 (127)

第八章总结与展望 (129)

8.1本论文的工作总结 (129)

8.2研究展望 (131)

参考文献 (133)

攻读博士期间发表论文和参加科研情况等说明 (145)

^■ (147)

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1无人机及其军事应用概述

无人机（Unmanned Aerial Vehicle, U A V )又称“空中机器人”，是一种远程操纵飞行或自行操纵飞行的航空飞行器的统称。无人机可携带照相机、传感器、通信器材和电子战装备等各种有效的任务载荷。此外，无人机还可以携带空空导弹、空地导弹等杀伤性武器，这种情况下的无人机就是无人作战飞机。无人机诞生于20世纪20年代，50年代以后，无人机有了较快发展，并且在民用和军事领域都得到了广泛的应用。

民用无人机大都是由多用途无人机装载民用任务载荷改装而成，民用无人机按用途大体可分为以下几类：气象探测无人机、治安监控无人机、高压线路巡检无人机、民用通信中继无人机、航空摄影无人机、地质勘测无人机、灾情监视无人机、交通巡逻无人机等。

民用无人机近几年发展迅速，但是现今的无人机大部分是军用无人机。军用无人机根据巡航时间、飞行半径、飞行高度、航程等性能的不同，可以分为战略无人机和战术无人机两大类；按照动力装置的不同，可区分为活塞式、冲压式、燃气涡轮式、火箭式、电动式等；按照能量可区分为燃油式、燃气式、电池式、太阳能式、核能式等；按照作战任务的不同，又可分为靶机、校射无人机、通信中继无人机、诱饵无人机、侦察无人机、反辐射攻击机、电磁干扰无人机、攻击无人机等类型。

无人机自其诞生以来就一直被赋予作战任务，经过近一个世纪的发展，无人机在现代战争中的作用越来越明显，逐渐成为国防装备中不可或缺的一项重要组成。

无人机之所以受到各国青睐，是因为与有人战斗机、导弹等传统武器装备相比较，无人机具有以下几个方面的特点和优势[1_3]:

(1)与有人机比较

1)与有人驾驶的作战飞机作比较，无人机的最突出的优势就是“无人”，无人机本身不搭载飞行员，从而可以去掉用来保障机组人员生命安全的一些设施和装置，这样就大幅地减小了武器装备的成本，同时又节省出了空间，便于优化无人机的结构布局。