多机空战仿真协同战术决策方法

s11 L s1n S = M M s L s m1 mn
(8)
2.2 空战能力指数
对于空战中敌机空战能力的评估，不必考虑我机的对 抗影响，这样该问题就转化为对敌机的空战效能评估。对飞 机空战效能评估的方法很多， 这里可以采用简便易行的空战 能力指数方法。 一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系统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，利用静态的空战能力指数评估其空战能力是可行的。 求空对空作战效能指数 C 首先需要选取影响空战的主 要因素。 一般用与空战有关的 7 个主要因素来衡量飞机空对 空作战能力：机动性、火力、探测目标能力、操纵效能、生 存力、航程和电子对抗能力 。则空战能力指数如下： C =[ln B +ln( ∑ A1 +1) +ln(∑ A2)] ε1ε 2ε 3ε 4 (5)
[1]
的信心不足而采取的措施， 但是这样就忽视了空中威胁的一 个重要方面——目标飞机的作战能力， 结果将会导致威胁评 估的较大偏差。 这里我们提出一种威胁评估方法——威胁指 数法，用以进行空战态势评估和威胁评估。 威胁指数法综合考虑了多机空战中的两个主要因素： 空战态势和敌机的空战能力。 由此可以将威胁指数的求解分 解为空战态势指数和空战能力指数的求解。
(1)
ｖVＢ
B
ｖ
wenku.baidu.com
VRＲ
r qR Ｒ ｑ
ｒ
图1
空战态势示意图
• 724 • 距离威胁指数： 0.5 ri − rmti ) 0.5 − 0.2 ( Tri = rm − rmti 1.0 0.8 速度威胁指数： 0.1 Tvi = − 0.5 + vi / vz 1.0
Cooperative Tactical Decision Methods for Multi-aircraft Air Combat Simulation
DONG Yan-fei, FENG Jing-lei, ZHANG Heng-xi
（Engineering College, Air Force University of Engineering, Xi’an 710038, China）
2.1 空战态势指数
空战态势中三个关键因素包括双方速度矢量的方向 （角度） ，双方的相对距离和双方飞机的速度。如图 1 所示， vR 为我机速度矢量， vB 为目标机速度矢量， qR 为目标前置角， qB 为目标航向与目标线夹角（右偏为正） 。分别定义角度威 胁指数 Ta、距离威胁指数 Tr 和速度威胁指数 Tv 如下： 角度威胁指数： Tai＝（｜qB｜＋｜qR｜）／360°
mk max ∑ [1. 0 − (1 . 0 − pt k ) ] w k k =1 kf m max ∑ [1. 0 − (1 . 0 − pt k ) k ]T k k =1 0 ≤ m ≤ 2 k kf ∑ m k ≤ ll k =1
kf
km，各携带 4 枚同型中距拦射空空导弹，可以同时攻击 4 个空中目标，最大射程 rm ＝ 60 km； 4 架两种机型的敌机， 分别记为蓝机 1～4，且都在我机的火控雷达的跟踪范围内。 我机速度均为 vz＝320 m／s 。 敌机为 F-16C 和 F-5E 两种类型飞机，由公式（5）计 算得到它们空战能力指数分别为 F-16C：C＝16.8；F-5E：C (9) ＝8.2。空战态势如表 1 所示，计算得到的空战态势威胁指 数与总威胁指数如表 2 所示。 计算得到空战态势矩阵为： 0.646 0.816 0.817 0.650 S = 0.576 0.827 0.609 0.800 综合空战能力和空战态势，得到最终的全体蓝机对全 体红机的威胁排序向量 t 为： t ＝{0.914， 0.908， 0.823， 0.788， 0.653，0.644，0.569，0.549}。 最后得到目标分配结果为：红机 a 攻击蓝机 2 和 4； 红 机 b 攻击蓝机 1 和 3。 以上计算结果和定性分析结果一致。从考虑目标空战 能力前后的威胁排序变化可以清楚地看出目标空战能力对 威胁评估的重要影响。
第 14 卷第 6 期 系 统 仿 真 学 报 Vol. 14 No. 6 2002 年 6 月 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION June 2002
文章编号： 1004-731X (2002) 06-0723-03
3 目标分配和火力分配
3.1 目标分配
在多机空战仿真中可以选定以下目标分配原则：① 首 先打击威胁度高的目标； ② 避免重复攻击； ③ 以优攻劣 （即 以我机中空战态势占优的飞机攻击处于劣势的敌机） 。 设我方 m 架红机攻击敌方 n 架蓝机。根据以上原则， 制定目标分配的具体步骤如下： （1）评估空战态势，计算各架蓝机相对于红机的空战 态势指数，生成空战态势矩阵 S：
Abstract：By introducing the air combat cooperative tactical decision, a model of air combat situation and threat assessment model —— a threat index method, is presented. Then the steps for target assignment and the munitions allocation model are proposed. Finally, an application example is given, and the results show that the methods used in this paper can be used effectively in air combat cooperative tactical decision. Keywords ： cooperative air combat；tactical decision；multi-craft air combat；threat assessment；air combat situation； target assignment；multi-target attack
1 概述 1
随着航空科技的进步和军事斗争需求的牵引，多目标 攻击能力已经成为现代机载武器系统的研究方向和衡量现 代战斗机的一个重要标准，同时，协同多目标攻击也是未来 空战的主要形式和发展趋势。 多机空战与一对一空战相比，最显著的差别就是面对 多个敌方目标需要根据我方资源为各个友机进行目标分配 和火力分配， 而威胁评估和空战态势评估是目标分配和火力 分配的基础。威胁评估的前提是态势评估，它们都是数据融 合的组成部分。空战态势评估、威胁评估和排序、目标分配 和火力分配一起构成了多机空战协同战术决策的核心内容
其中， ri 为目标距离， rrti 为第 i 架敌机雷达的跟踪距离，lmti 和 rmti 分别为敌机所携带导弹的数量和攻击距离，rm 为我 机导弹最大射程，rr 为我机雷达最大跟踪距离。 理论分析和实战经验都表明：在具有角度优势的情况 下，相对距离越大优势越小，距离越小优势越大。因此，角 度威胁因子和距离威胁因子宜处理为相乘的关系[3]。类似 地，由于空战能力和空战态势无相关性，在总体威胁指数的 表达式中宜处理为相加的关系。 则总的空战态势威胁指数 T 为： T ＝a1×Tr×Ta＋a2×Tv (4) 其中，a1、a2 为权系数（ 0≤a1、a2≤1） ，如果对前后两部分 同等对待，可以不考虑权值（a1＝a2＝1） 。
[6]
其中 Sij 是第 j 架蓝机相对于第 i 架红机的空战态势指数。 （2）进行威胁评估，计算各架蓝机相对于红机的威胁 指数。综合全部威胁指数，构成全体蓝机对全体红机的威胁 排序向量 （ t 威胁指数由大到小排列， 共 m×n 个元素） ： t ＝ {t1，……，tmn} （3）确定向量 t 中第一个元素（威胁指数最大）对应 的蓝机（设为蓝机 k） ； （4）在矩阵 S 的第 k 列查找到最小元素，设为 sik ； （5）将蓝机 k 分配给红机 i 攻击（以优攻劣） ； （6）删除 S 中第 k 列和向量 t 中蓝机 k 对应的元素； （7）如果分配给某架红机攻击的蓝机数量等于该机的 多目标攻击能力限制或者挂载的导弹数目， 则该架红机退出 目标分配，删除矩阵 S 中的第 i 行； （8）重复（3）～（7）步，直至删除矩阵 S 的全部元 素，即完成目标分配过程。 以上目标分配步骤简单实用， 可以方便地编制成计算机 仿真程序。 飞机之间数据链的传输频率高的在 24000 bps 左右，即 每秒能进行 10 次以上的目标分配数据的传输[7]。但对于僚 机来说，频繁地改变攻击目标在操作上是不允许的，这样做 也容易贻误战机。 所以， 在第一次目标分配完成并发送之后， 长机和僚机就按照这一分配结果实施攻击， 并且在一定的时 间内不改变这一分配结果。过一段时间之后，长机需要根据 战场情况变化，进行新一轮的目标分配。
系 统 仿 真 学 报 2002 年 6 月 需要首先进行数据处理。这里取空战指数的相对值 TCi ： ri ≤ rm, ri ≤ rmti rmti < ri < rm rmti > ri > rm max(rm, rmti ) < ri < rr (2) Tci = Ci / max(C i ) 胁指数为： Wi＝b1×Tci＋b2×Ti （i＝1,2, …,n） (7) 其中，Wi 为第 i 架敌机对我机的威胁指数，b1、b2 为权系数 vi < 0.6vz 0.6vz ≤ vi ≤ 1.5vz vi > 1.5v z (3) （0≤b1、b2≤1） ，一般可以取 b1＝0.5；b2＝0.5 (6) 综合敌机的空战能力和空战态势的影响，得出总的威
2.3 总的威胁指数模型
由于空战能力指数与空战态势诸指数的差别比较大，
第 14 卷第 6 期
董彦非, 等：多机空战仿真协同战术决策方法
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3.2 火力分配
目标分配结束以后，即可进行火力分配。由于目标分 配中已经考虑了飞机之间的协同， 火力分配已经成为一个单 机多目标攻击的火力分配问题， 可以按照单机多目标攻击的 火力分配的方法进行，这是一个多目标决策问题 ：
式中， B 为机动性参数， A1 为火力参数， A2 为探测能力参数， ε1 是操纵效能系数， ε2 是生存力系数，ε3 是航程系数， ε4 是电子对抗能力系数。 可以根据公式（ 5）计算出一定时期内敌方各种类型飞 机的空战能力指数，制成数据库，并适时地根据敌方新装备 服役和老装备改装升级情况更新数据库内容。 空战中敌方飞 机的特征由作战指挥系统侦察获得并从数据库中调出相应 的空战能力指数由数据通讯系统传递给我机（群） 。
qＢ B ｑ
。协同战术决策以多源传感器数据融合、多机间通讯和信
息资源共享以及目标识别技术为基础， 是真正实现多机协同 空战的关键。
2 空战态势评估和威胁评估的威胁指数法
在一些仿真设计中，威胁评估的内容仅考虑了空战态 势的影响[2～5]，这样做可能是由于对当前目标模式识别技术
收稿日期： 2001-06-18 修回日期： 2001-12-10 作者简介：董彦非(1970-), 男, 河南开封人, 博士, 研究方向为航空武器 系统效能评估、智能决策和飞行仿真等; 冯惊雷 (1975-), 男, 硕士, 研究 方向为装备管理系统工程等; 张恒喜 (1937-), 男, 教授, 博导, 研究方向 为军事装备学武器装备发展规划与管理。
多机空战仿真协同战术决策方法
董彦非, 冯惊雷, 张恒喜
（空军工程大学工程学院, 陕西 西安 710038）
摘
要： 首先介绍了多机空战协同战术决策的主要内容，然后提出了一种用以进行空战态势评估
和威胁评估的方法——威胁指数法；在此基础上给出了目标分配的具体步骤以及火力分配模型； 最后给出了具体仿真算例，计算结果表明，文中介绍的方法可以全面、有效地完成多机空战中的 战术决策任务。 关键词： 协同空战；战术决策；多机空战；威胁评估；空战态势；目标分配；多目标攻击 中图分类号： V271.4; E926 文献标识码： A