军用飞机智能起降调度技术研究

军用飞机智能起降调度技术研究

胡训强;谢晓方;李德栋

【摘要】In order to reduce the disadvantage induced by the difference between the actual and planned departure and landing time in wartime, intelligent departure and landing scheduling method of military aircraft is discussed. Time window constraint and vortex separation constraint in the course of departure and landing are analyzed. Then the mathematical scheduling model is constructed. A mixed coding policy is designed for the solution of the mathematical model and the coding part composed of natural is updated with discrete particle swarm optimization (DPSO). The simulation experiment is carried out to determine the maximal iteration time. The simulation result shows that the proposed model and algorithm are effective through comparing with some other scheduling algorithms.%为了削弱军用飞机实际起降时刻与计划起降时刻之间的偏差对作战带来的不利影响,探讨了智能化的军机起降调度方法.分析了军机起降过程中的时间窗口约束和尾流间隔约束,建立了军机起降调度的数学模型.设计了针对模型解的混合编码策略,并针对自然数编码部分提出了一种离散粒子群算法进行更新.通过仿真实验确定了算法的最大迭代次数,并通过与其他调度算法的对比分析,说明了模型和算法的有效性.【期刊名称】《系统工程与电子技术》

【年(卷),期】2012(034)011

【总页数】5页(P2280-2284)

【关键词】起降调度;时间窗口约束;尾流间隔约束;离散粒子群算法

【作者】胡训强;谢晓方;李德栋

【作者单位】海军航空工程学院兵器科学与技术系,山东烟台264001;海军兵种指

挥学院,广东广州510430;海军航空工程学院兵器科学与技术系,山东烟台264001;

海军航空工程学院兵器科学与技术系,山东烟台264001

【正文语种】中文

【中图分类】V271.4

0 引言

航空兵部队进行作战时，通常会根据需要，事先规划好军机的起飞和降落时刻，力争使作战效果达到最优。例如，在进行截击作战时，领航部门会根据敌机、我方机场和保卫目标的位置、速度等信息，确定起飞线，进而得出我机最理想的起飞时刻。但是，由于战时同一机场会进驻各类军机，军机的起飞和着陆的过程是一个循环使用机场的过程［1］，战机出动强度大。因而在实际中很难满足理想的起降时刻，因此，考虑在机场对起降军机进行调度，尽量减少实际起降时刻与计划之间的延误十分必要。

对于飞机的进场排序在民航领域已经有成熟应用，目前我国基本上采用的是“先到先服务”（first come first serve，FCFS）算法。这种方法对于空管员易于操作，但是效率较低，容易造成过度延误。所以很多研究者提出一些新的相关的理论和算法。文献［2－4］将航班进港看作是可控动态过程，应用控制理论的方法，将空

管自动化系统作为反馈控制器，通过调整空管系统的设计参数，使航班进港间隔接近最小允许间隔。但是该类方法只考虑了航班降落的调度，此外还需要通过大量的

航班进港实测数据进行系统辨识，建立系统的动态模型，这对于流量庞大的民航而言易于做到，但是对于应用于作战的军用军机显然不可能实现。文献［5－7］将航班进港看作是一个优化过程，应用整数规划或者智能优化算法实现了进港航班的优化排序，但是该类方法同样只考虑了军机的降落排序问题。

本文从作战效能和飞行安全的角度出发，提出了带有时间窗口约束和尾流间隔约束的军机起降调度算法。根据军用机场的实际情况，借鉴E／T调度处理思想，建立了单跑道军机起降调度的数学模型。引入粒子群优化（particle swarm optimization，PSO）算法进行调度模型的求解分析，采用自然数和非负实数相混合的编码策略，降低了问题的约束复杂度。最后通过仿真实验，对调度算法进行了分析，并和其他调度算法进行了对比。

1 军机起降调度模型

1.1 时间窗口约束

军机起降时间必须限制在一定的时间窗口内。对于起飞军机，过早起飞则可能导致浪费作战资源；过晚起飞，则可能导致无法完成任务。例如前出至某一空域隐蔽接敌的军机，太早赶至目标空域，则会因为等待敌人的到来往返盘旋，无意义地消耗燃料；过晚起飞，则可能会在预定空域与“失之交臂”。对于降落军机，最早降落时刻为军机保持最大飞行速度返航降落的时刻，最晚降落时刻为确保燃油能够使得军机安全降落的最大时刻［8］。

1.2 尾流间隔约束

由于军机在飞行过程中会产生“尾流效应”，这种效应往往会造成其后面距离过近的军机失去飞行平衡，造成事故。

军机的机型不同，所产生的尾流强度和承受尾流的能力也不同［8］。国际民航组织（international civil aviation organization，ICAO）将最大起飞重量在136t 以上的军机定义为重型机，7～136t之间的军机定义为中型机，7t以下的军机定