随着现代空战朝着针对高机动性对抗目标的协调蜂群攻击方向发展,防空系统的静态或发射前分配可能在交战过程中变得过时,从而需要飞行中的重新分配。因此,引入了连续中段武器-目标分配(WTA),将动态WTA从发射时刻的协调扩展到中段飞行阶段。这增加了自主性,同时操作员仍然可以决定要交战的目标,保持人在回环中。该方法确保了防空系统在现代复杂威胁下的高反应性,从而提高了防空的有效性和鲁棒性。本文考察了来自防空、导弹制导、无人机协调、机器人学和组合优化领域的相关文献,以识别最先进的技术水平和现实世界防空应用特有的实际约束。为了提高自主性,WTA通过信息化的代价函数与轨迹制导耦合,假设存在功能性信息共识。匈牙利方法因其确定性、低复杂度的性能而被选用于重复优化。示例性仿真展示了中段WTA在分布式协同制导方法中的可行性,并说明了与静态发射时刻分配相比,中段重新分配的潜力。多对多仿真测试证明了其在嵌入式系统上实时应用的可行性。
关键词:武器-目标分配(WTA)、协同制导、中段制导、多智能体系统、空中蜂群、任务分配、导弹、防空
尽管连续协调和任务分配已在相邻领域得到研究,但其明确集成到防空应用的WTA中却鲜受关注。这一思路在近期一些关于基于导弹的防空研究中有所探索[13–18],但对用例特定约束(如通信距离)、开放性研究问题(如集中化与分散化)的综合分析,或与静态分配的比较却难以找到。本文通过将中段(协同)WTA表述为一种制导信息化的防空优化问题,并在代表性仿真中说明其可行性和潜力,从而填补了这一空白。重点在于概念性表述和可行性证明,而非对最优代价函数的详尽设计或评估。我们延续并扩展了文献[14]中的简短介绍,对相关文献进行了更严谨的研究,并对现实世界约束、基于导弹的防空特定需求和架构选择进行了进一步分析。还增加了中段WTA与静态发射时刻WTA(作为基线)的仿真示例比较。因此,本文的贡献有三方面:
• 引入并论证了中段WTA优化作为改进防空系统的一种手段。
• 通过带有基线比较的代表性仿真,展示了连续中段重新分配的潜在优势。
• 提供了相关研究的结构化综述,用于在基于导弹的防空应用特有实际约束下选择中段WTA优化方法。
本文其余部分结构如下:首先在第2节描述所考虑的协同制导防空场景,在此我们针对具体用例引入并形式化WTA问题,并考虑轨迹与分配之间的耦合。第3节讨论中段WTA的高层级需求(如信息、计算、通信)和可能的架构。我们讨论了用于提高自主性的信息化目标/代价函数,并研究了用于选择WTA优化算法的相关文献。第4节介绍了提升中段WTA能力的中段轨迹制导。第5节的示例性仿真通过与静态分配(基线)的比较,说明了可行性和潜力。