空战目标威胁排序与目标分配算法

第１７卷第４期　２０１０年４月　电光与控制　

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｏｐｔｉｃｓ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖ０１．１７　Ｎｏ．４　

Ａｐｔ．２０１０　

空战目标威胁排序与目标分配算法　雷　蕾，　尚丽娜，　张列航　（中航工业飞行试验研究院，西安７１００８９）　

摘要：现代空战需要先进的火控计算，目标威胁排序和分配算法是其重要的组成部分。计算了飞机的作战效能，在　作战效能的基础上得到目标威胁矩阵。根据目标威胁矩阵，以最大程度地保存自己为目标，建立了目标分配的算法。　以一个算例，利用建立的算法模型对某常见的飞机进行了计算，给出了结果，最后讨论了该算法的意义和不足，指出　了下一步的工作。　关键词：空战；威胁排序；目标分配；火力控制；多目标攻击　中图分类号：Ｖ２７１．４；ＴＰ３９１．９　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—６３７Ｘ（２０１０）０４—００３８—０３　

Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｆｏｒ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｔｈｒｅａｔ　Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔａｒｇｅｔ　Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ　ｉｎ　Ａｉｒ　Ｃｏｍｂａｔ　

ＬＥＩ　Ｌｅｉ，　ＳＨＡＮＧ　Ｌｉｎａ，　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｅｈａｎｇ　（Ｆｌｉｇｈｔ　Ｔｅｓｔ　Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ，ＡＶＩＣ，Ｘｉ’ａｎ　７１００８９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｖａｎｃｅｄ　ｆｉｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｍｏｄｅｒｎ　ａｉｒ　ｃｏｍｂａｔ，ａｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｔｈｒｅａｔ　ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ａｒｅ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｅ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ｃｏｍｂａｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｆｉｇｈｔｅｒ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｃａｒｅｆｕｌｌｙ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅａｔ　ｍａｔｒｉｘ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｔａｒｇｅｔ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔａｋｉｎｇ　ｓｅｌｆ－ｓｕｒｖｉｖａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｅｘｔｅｎｔ　ａｓ　ｔｈｅ　ｇｏａ１．Ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ａｉｒｐｌａｎｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ　ｃｏｍｂａｔ；ｔｈｒｅａｔ　ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ；ｔａｒｇｅｔ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ；ｆｉｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｕｌｔｉ—ｔａｒｇｅｔ　ａｔｔａｃｋｉｎｇ　

０　引言　现代战斗机的航空火力控制系统，是为机载武器的　控制与发射提供目标和攻击等多种参数的各种光学、机　电和电子设备的统称。在信息时代，空战中的电子战、　信息战成了制约武器系统效能的重要指标，所以现代火　控系统需要高度重视利用信息技术、电子计算机技术。　当前空战的特点一般是首先通过机载雷达或者预警机　雷达进行目标搜索，当发现目标后互射超视距中程和远　程空空弹，距离大概在４０　ｋｍ以外；当进入视距作战，在　目视及光电雷达等各种辅助条件下，采用近距格斗弹、　航空炮进行对抗，直到一方失去作战能力。这种现代空　战，尤其是超视距部分要大量应用机载计算机，进行火　控计算，在数据链作用下智能地辅助战斗人员，这将大　大地增强空战武器系统的作战效能…。　

收稿日期：２００９—０８—１６　修回日期：２００９—１１—２５　作者简介：雷蕾（１９８３一），女，陕西临潼人，硕士生，研究方向为航　空武器火控系统。　

这些火控计算，要求能够达到多机协同多目标攻　击，主要是指通过地面、空中预警指挥系统、友机之间　的信息支援，进行态势通报、空域分配、目标分配等，　使作战机群飞机之问能够相互协调地进行各自的多目　标攻击，提高机群作战效能　】。总结多机协同多目标　攻击的火控关键技术为：综合通讯、导航、识别技术；多　源数据融合技术；空域、目标分配算法；多机协同多目　标攻击火控算法。　本文主要研究空域、目标分配算法，结合飞机作战　效能与敌我的相对威胁态势，提出综合的目标分配火　控算法。　

１威胁评估　威胁评估是为了评估出敌机对我机的威胁程度。　这种威胁指数需要充分考虑飞机的性能，应该是一种　对于多指标的综合，先进的战机和落后的战机在性能　上会有非常大的差别。这种对飞行性能参数的评价是　种从定性到定量的过程，它是目标排序算法的基础。　般来说，空战中的威胁指数算法可以按照典型的模　第４期　雷蕾等：空战目标威胁排序与目标分配算法　３９　型来计算　，如图１所示。　总体威胁指数　

能　量　威　胁　指　数　距　离　威　胁　指　数　

｛｛　Ｉ　Ｉ耋｝Ｉ　｝Ｉ　ｆ　Ｉ　｝｝　电子对抗能力　

图１空战威胁指标　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｔｈｒｅａｔｅｎ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ａｉｒ　ｃｏｍｂａｔ　这个模型是一种效能的层次上的概念　，下面是　对各项指标的具体描述和分析。　１．１角度威胁因子　设敌机（蓝机）＿『到我机（红机）ｉ的空战态势简单　示意图如图２所示。　

Ｄ４　：：：：：：：：　！ｖ．　‘，一　．　

图２空战态势图　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｉｒ　ｃｏｍｂａｔ　图２中：　。　为我机的位置角，是红机速度　方向　偏离目标线Ｄ　的角度；ｑｏ＂为敌机的进入角，即蓝机速　度　方向偏离目标线Ｄ　延长线的角度。　规定上述两个角度都是以相对目标线右偏为正、　左偏为负，很明显　，ｑｑ满足条件：０≤ｌ　Ｉ≤　，０≤　Ｉ　ｑ　１≤耵。　角度威胁因子：　Ｃ　：（ｊ　Ｊ＋ｌ　ｑ　Ｊ）／２，ｒｒ　（１）　当　ｆ＝０且ｑ　＝０时，Ｃ。＝０。此时形成我机对敌　机的尾追，有利于我机对敌机进行攻击，角度威胁因子　最小。当　＝　且ｑ　＝１Ｔ时，Ｃ。＝１。此时形成敌机对　我机的尾追，有利于敌机对我机进行攻击，角度威胁因　子最大　。　１．２距离威胁指数　距离威胁指数跟两机的导弹射程和雷达最大探测距　离有关。设我方（红方）第ｉ架飞机的导弹杀伤射程、雷达　最大探测距离为Ｔｉｍｉｓｓｌｅ和ｒ　州　，敌方（蓝方）第．『架飞机的导　弹杀伤射程、雷达最大探测距离为　。和ｒＪ　。根据敌　我双方雷达、导弹的优劣情况可以分为如下４种情况。　１）敌机雷达导弹性能全优于我机ｒ　。＜ｒ　。　＜　ｒ啪ｄａｒ＜ｒ　ａｒｏ　

Ｃ２＝　＜／．ｉｍｉｓｓｌｅ或　＜　＜ｒ　或　＜　＋０．２×　亚　Ｆｉｍｉｓｓｌｅ

＜ｒ　＜０　。　

ｒ　ｓｓ１ｅ—ｒｉｌｌｌｉ　１　

＋０Ｉ　１　ｘ　ａ旦ｒｉｍｄ　＜　

ｒｊ￣ａｄａｒ一／＇／ｔａｄａｒ　

（２）　２）我机雷达导弹性能全优于敌机　。。＜ｒ　＜　＜　如ｏ　

Ｃ２＝　＜　。ｌ。

或ｒ　山＜　＜　。　或ｒ　如＜　

０．２×　，　＜　＜　ｋ　ｒｆⅢｉ５Ｂ１ｅ一／．ｊｍｉｓＥ１ｅ　

０．１×　，　＜　，　ｒ　ｒａｄａｒ—ｒ　ｄａｒ　

（３）　３）敌机雷达占优，我机导弹占优　－。＜ｒ　。＜　ｒｉ　ｄ　＜　ｄａｒ。　

Ｃ２　＜　ｌ。或ｒ　山＜　＜／．ｉｒａｄａｒ或　ｄａｒ＜　

０．２×　生，　ｌ。＜　。。　

ｒｌ㈣ｉ　１。一ｒｊｍｉⅢ１　

０．１×——！粤，，　ｄ　＜ｒ　＜　ｄ　／＇　ｊｒａｄａｒ一／．ｉｍｄａｒ　（４）　４）我机雷达占优，敌机导弹占优ｒ　。＜　。。＜　ｄ　＜　ｆｒａｄａｒｏ　

Ｃ２＝　ｒｉｊ＜ｒ　ｓｓｌｅ或　ｋ＜　０　２、，　二！　！！！！　×—生—　！　洒１ｅ—Ｆｉｍｉ　１　ｎ　１　１　二二　！ｘ　＋ＯＬ—　ｒ　Ｆｊｒａｄａｒ　／．ｊｒａｄａｒ或ｒ　ｄ　＜ｒ　

，　ｍｉ。。１ｅ＜ｒｑ＜　１　ｄ　＜　＜ｒ　ｄ　（５）　１。３能量威胁指数　

空战中战机的能量也是一个非常重要的因素。针　对同样的武器，能量大的战机使武器的射程更远。规避　中能量大的战机更容易摆脱不利态势，及时脱离危险。　载机的总能量主要包括动能和势能，总能量的大小由它　的高度和速度决定。在有的威胁评估中速度威胁和高　度威胁作为两个因素来考虑，这里用它们共同表征的能　量来描述。载机与目标的单位重量的能量见式（６）～式　（８）。　我机红方单位重量的能量：　Ｓ　＝／ｔ，＋ｖｆ／２ｇ　（６）　敌机蓝方单位重量的能量：　ｓ，＝　＋Ｌ２ｚ２ｇ　（７）　相对能量为　Ｓ　，＝（Ｓ　一５　）／Ｓ　（８）　４０　电光与控制　第１７卷　当Ｓ　＝０，Ｓ　＝１；当ｓｔ≥２Ｓｆ时，Ｓ　＝１；当Ｓｆ＝ｓｔ，　Ｓ　＝０。　能力威胁指数：　Ｃ３＝ｓ　／２＋０．５　（９）　１．４空战效能威胁指数Ｂ：　种作战飞机或机载武器系统从研制到投入使用　以及现役飞机和机载武器的改型升级是一个漫长的过　程，在某一战役的特定时间段内，双方的武器装备水平　可以看作是“静止”的，因此可以利用静态的空战能力　指数评估其空战能力。飞机空对空作战指数ｃ主要　由７个指标来衡量。它们是机动性Ｂ，火力Ａ　，探测目　标能力Ａ　，操纵效能ｓ　，生存力ｓ　，航程　和电子对　抗能力ｓ　。则空战能力指数如下　：　Ｂ　：［１ｎＢ＋ｌｎ（∑Ａ　＋１）＋ｌｎ（∑Ａ：）］　。ｓ：８，　（１０）　而机动性　，火力Ａ，，探测目标能力Ａ　，操纵效能　ｓ。，生存力　：，航程　，和电子对抗能力　的获得可以应　用层次分析法。空战效能指数的相对值　可以计算为　Ｂ２＝Ｂ２／ｍａｘ（Ｂ２）　（１１）　般应该将主要的飞机空战性能整理成数据库模　块，在计算的时候调用。　角度威胁因子ｃ。，距离威胁指数ｃ　，能量威胁指　数ｃ　，这些威胁因子的取值都是从０到１，选取适当的　权系数Ｃ。，ｃ　，ｃ，，得到空战态势威胁指数Ｂ　：　Ｂｌ　Ｗ－．ｃｌ　Ｘ　Ｃｌ＋ｃ２　Ｘ　Ｃ２＋ｃ３　Ｘ　Ｃ３　（１２）　设目标　对我机　的目标威胁度为Ａ　选取合适　的权系数ｂ　，ｂ　，算得Ａ　为　Ａ　＝ｂｌ　Ｘ　Ｂｌ＋ｂ２　Ｘ　Ｂ２　（１３）　

２　目标威胁排序与分配　在计算出威胁指数的基础上，可以进一步进行目　标排序与分配。这个步骤参考有关的参考文献，利用　目标威胁矩阵，面对各个飞机承担的风险，力图使敌方　对我方的威胁最快地减小。当然这种指标也不是唯一　的，有些分配算法建立在最大杀伤敌人的指标上。也　有些算法兼顾“杀敌”与“存我”，使得这一对立又统一　的目标达到某种程度上的统筹。本文目标分配算法重　点强调“存我”，如下文所述。　目标＿『对我机ｉ的目标威胁度可以计算为Ａ　那　么如果敌方有ｍ架飞机而我方有ｎ架飞机，那么可以　建立目标威胁矩阵Ａ：　

Ａ＝　ＡＩｌ　Ａｌ２　Ａｌ３　…　ＡＩ　Ａ２ｌ　Ａ２２　Ａ２３　…　Ａ２　

』４　ｌ　Ａ　ＡＪｔ３　…　Ａ