防空系统正面临高超音速飞行器和异构协同集群等高动态攻击的挑战。协同制导使效应器能在飞行中做出动态反应，从而提高防空系统的效率与效能，更好地保护己方资产。实现协同的一个主要构建模块，是对武器目标分配进行持续协同评估与调整。这种增强的自主性需要基于充分信息的决策流程。因此，本文提出了一种融合领域知识的多目标成本函数，用于协同中段武器目标分配。我们并非采用抽象且过于简单的成本模型，而是将任务相关的领域知识系统地纳入了武器目标分配优化方案。该成本结构考虑了推进剂储备有限的效应器动力学、被保护资产的风险缓解，以及基于预测性前向仿真的时效性拦截可行性。通过在不同场景（包括对称与非对称兵力构成）下的数值评估，所提出的架构成功通过了测试。它能动态适应不断演变的威胁场景和异构目标集。经评估，其实时处理能力适用于嵌入式系统。这些研究成果有助于下一代协同防空架构的开发。

在现代防空作战中，攻击方策略倾向于使用异构敏捷目标的协同集群攻击，以饱和防空系统。高度自动化的操作员支持系统可能有助于应对这些日益复杂的场景。协同制导使效应器能有效协作对抗复杂集群。效应器在整个飞行过程中的协同，允许其对包含以下情况的、难以预测的动态演化环境做出反应：

• 难以预测的目标飞行轨迹（技术进步使得导弹更快、机动性更强，进一步加剧了此问题），

• 场景中目标/效应器的动态增减，或

• 来自监视系统的威胁等级评估更新（例如目标类型识别、弹药耗尽等）。

最终，通过协同制导实现的半自主性，有望在节省昂贵资源的同时提高防空效能。协同的实现得益于计算和通信方面技术能力的提升，以及向网络中心战发展的趋势。相应地，协同制导这一主题近期在研究中获得了关注。

协同制导包括中段阶段持续协同的武器目标分配以及协同轨迹规划，特别是在面对威胁时具有数量优势的情况下。这两个方面相互关联，构成了一个连续时间混合整数最优控制问题。这个组合问题求解复杂，目前预计尚无法在线求解，特别是在采用分布式方法的嵌入式系统上。在大多数武器目标分配的文献中（包括本文的参考文献），这两个方面是分开处理的。效应器在武器目标分配优化中进行分配，随后再调整轨迹。然而，通过在武器目标分配优化的成本函数中考虑飞行动力学和轨迹制导律，这两个方面得以耦合。本文聚焦于作为协同制导主要构建模块的武器目标分配优化。

尽管关于武器目标分配问题表述和快速求解器的研究众多，但关于将武器目标分配连续分散式应用于协同导弹制导的公开文献却很少。如下文所述，现有文献大多较为抽象，且很大程度上脱离了飞行动力学或作战约束。在将丰富的领域知识整合到问题表述本身——特别是构建能够反映防空作战中实际交战动态的成本函数——方面，仍然存在显著差距。利用此类知识可以显著减少计算量，对于确保在嵌入式系统中实现实时应用同时达成高层目标至关重要。大多数武器目标分配文献仅考虑单一目标，要么是资产生存概率，要么是效应器对目标的命中杀伤概率。这些单目标方法常常过度简化了防空场景的复杂性，可能未考虑诸如资产生存能力、资产与目标的相对重要性/价值或作战约束等相关因素。

例如，有文献提出了一种用于防空的动态连续武器目标分配方法。在其武器目标分配成本函数中，他们引入了最早拦截几何概念，该概念在本文中也将被介绍和使用。然而，在引用文献中，除了用于最早拦截几何的当前速度矢量外，并未考虑其他飞行动力学或作战知识。有文献研究了水下无人潜航器的分散式连续武器目标分配，但其约束条件与防空导弹的飞行动力学和作战约束不同。在水下环境中，假设通信能力差得多且速度较低，重点不在于融入知识的成本函数。有文献中针对无人机协同的类似方法也是如此。有文献也将动态连续武器目标分配应用于多智能体攻击。在他们的攻击场景中，敌方在数量上处于劣势，同时每个效应器-目标组合的杀伤概率有限。因此，采用了结合序列到达目标与通过向一个目标分配足够武器以达到期望杀伤概率的多目标方法。另一个涉及无人机的例子见文献[18]，其中在成本函数中，除了位置信息外，还加入了作战知识（电池和有效载荷状态）。多个参数被赋予权重，并通过回归调整其权重因子。有文献提供了一种用于防空导弹分配的多目标动态实时武器目标分配方法。多目标处理采用了进化博弈论。尽管如此，所使用的成本函数复杂度较低，且包含的领域知识有限。该方法未用于飞行中可重新分配的协同制导。因此，同一作者发表了另一种用于导弹防空飞行中武器目标分配的方法，仅使用前述的最早拦截几何进行分配。

由于成本函数设计限定了任何优化算法的决策质量，因此正如先前文献[4]所述，分配优化被认为主要由对飞行动力学和作战知识的合理利用所驱动。因此，本工作的重点和主要贡献在于对任务进行透彻分析，以构建一个能最佳方式表征问题的成本函数。基于对现有文献的分析见解以及文献[4]中介绍的协同制导概念框架，本工作提出了一个详细的、融合领域知识的多目标武器目标分配成本函数设计，以应对上述挑战和局限。飞行动力学和作战见解被系统地纳入，最终实现更高效、更明智的自动化决策。目标在于能够实时动态评估和优化分配，以最大化拦截成功概率。工作建立在武器目标分配概念之上，将其扩展至实际作战和飞行动力学约束下的连续中段协同。下文将对武器目标分配问题进行数学描述，概述协同制导中连续武器目标分配的要求，并详细介绍成本函数设计。随后，论文将展示示例仿真结果，以说明不同成本因子对成功协同的影响，并以结论收尾。