摘要：簡要介紹了巡航式反潛導(dǎo)彈的工作過程和飛行彈道；針對巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃問題，概括總結(jié)了它的主要特點；確定了巡航式反潛導(dǎo)彈工作空間中威脅區(qū)的判定方法和工作空間的建模方法，在傳統(tǒng)遺傳算子的基礎(chǔ)上設(shè)計了適合巡航式反潛導(dǎo)彈航跡規(guī)劃的新的遺傳算子，建立了基于遺傳算法的巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃算法；仿真計算結(jié)果表明，該算法可有效應(yīng)用于巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃；最后提出了進(jìn)一步研究的重點。

關(guān)鍵詞：反潛；巡航導(dǎo)彈；航跡規(guī)劃；遺傳算法

中圖分類號：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3830-04

巡航式反潛導(dǎo)彈是魚雷（深水炸彈）與巡航導(dǎo)彈相結(jié)合的武器，它兼具了魚雷（深水炸彈）與巡航導(dǎo)彈的特點，具有射程遠(yuǎn)、速度快等優(yōu)點，能以更快的接敵速度在更大的范圍內(nèi)攻擊敵方潛艇，已成為最有效的中、遠(yuǎn)程反潛武器[1]。巡航式反潛導(dǎo)彈的發(fā)射平臺一般為大、中型水面艦艇，目標(biāo)為潛艇，隨著它的射程的增大和使用方式的增多，其航跡規(guī)劃問題也更加重要。巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃與其它類型巡航導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃相比，有相似之處，也有其自身的特點。近年來，遺傳算法以較強(qiáng)的魯棒性和全局搜索特性在飛行器彈道優(yōu)化領(lǐng)域得到了廣泛和較成功的應(yīng)用[2]。該文采用遺傳算法對巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。

1 巡航式反潛導(dǎo)彈彈道

巡航式反潛導(dǎo)彈的工作過程是：艦載反潛火控設(shè)備根據(jù)聲納系統(tǒng)或艦外系統(tǒng)提供的潛艇目標(biāo)信息進(jìn)行火控計算，為巡航式反潛導(dǎo)彈提供射擊參數(shù)，并控制其發(fā)射；巡航式反潛導(dǎo)彈點火升空后，由彈上制導(dǎo)裝置按照預(yù)先規(guī)劃好的航路控制飛行[3]，并由發(fā)射艦艇根據(jù)潛艇目標(biāo)的機(jī)動情況或其它情況對其航跡進(jìn)行修正；巡航式反潛導(dǎo)彈到達(dá)預(yù)定點后，釋放戰(zhàn)斗部，戰(zhàn)斗部入水后對潛艇目標(biāo)進(jìn)行攻擊。

2 巡航式反潛導(dǎo)彈航跡規(guī)劃的特點

巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃就是在其飛行空間中，尋找從起始點到目標(biāo)點、滿足各種技戰(zhàn)術(shù)要求和約束條件的一系列航跡點。巡航式反潛導(dǎo)彈的使用環(huán)境在海上，攻擊目標(biāo)是敵方移動的潛艇。由于打擊目標(biāo)和使用方式的變化，它的的航跡規(guī)劃與反艦巡航導(dǎo)彈或?qū)﹃懝粞埠綄?dǎo)彈相比也發(fā)生了變化，具有一些新的特點。

2.1 航路規(guī)避

巡航式反潛導(dǎo)彈攻擊的目標(biāo)為敵方潛艇，在單一的水面艦艇與潛艇的對抗態(tài)勢下，潛艇一般處于水下，不會對巡航式反潛導(dǎo)彈在空中的生存構(gòu)成威脅。這種情況下巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃不存在突防的要求。但是，現(xiàn)代海戰(zhàn)往往是空、海、潛一體化的編隊作戰(zhàn)，反潛巡航導(dǎo)彈在攻擊敵方潛艇目標(biāo)時，還要考慮敵編隊中其它艦艇的火力對自身的威脅。此外，隨著在淺海反潛戰(zhàn)的重要性的提升，對于采用掠海低空彈道的巡航式反潛導(dǎo)彈，島嶼和人工建筑物也會影響其作戰(zhàn)使用。因此，進(jìn)行巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃時，不得不考慮其對敵方火力和海上障礙物規(guī)避的問題。

2.2 末端攻擊彈道

對陸攻擊型巡航導(dǎo)彈的末端制導(dǎo)可以使用數(shù)字式景象匹配區(qū)域相關(guān)裝置（DSMAC），反艦巡航導(dǎo)彈的末端制導(dǎo)系統(tǒng)通常是紅外導(dǎo)引頭或雷達(dá)導(dǎo)引頭。對于巡航式反潛導(dǎo)彈來講，末端尋的功能主要依靠戰(zhàn)斗部（聲自導(dǎo)魚雷或深彈）的自導(dǎo)系統(tǒng)來完成，因此只要運載器將戰(zhàn)斗部送到指定位置即可。然而，對于聲自導(dǎo)魚雷戰(zhàn)斗部來講，由于其入水搜索彈道的影響，其入水姿態(tài)對于其聲自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)影響較大。因此，在水面艦艇的探測系統(tǒng)能夠探測到目標(biāo)的運動狀態(tài)或使用提前法進(jìn)行巡航式反潛導(dǎo)彈射擊時，在航跡規(guī)劃中需要綜合考慮其接近敵潛艇目標(biāo)的攻擊航向。

2.3 目標(biāo)和威脅區(qū)域的移動

對陸攻擊巡航導(dǎo)彈的目標(biāo)和威脅區(qū)一般是固定不動的，而潛艇目標(biāo)一般處于運動狀態(tài)，敵艦艇編隊的對空探測和防空火力也隨載艦一起移動。反艦巡航導(dǎo)彈沿規(guī)劃好的航跡運行時，其紅外導(dǎo)引頭或雷達(dá)導(dǎo)引頭可以在較遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)并捕獲目標(biāo)。對于巡航式反潛導(dǎo)彈來講，在空中工作時不具備搜索目標(biāo)的能力，只有在戰(zhàn)斗部入水以后，才開始對目標(biāo)搜索，且搜索距離一般較小。當(dāng)巡航式反潛導(dǎo)彈在飛行一段時間后，目標(biāo)的機(jī)動距離可能已超出聲自導(dǎo)魚雷戰(zhàn)斗部的自導(dǎo)作用距離，或者它自身已進(jìn)入敵近程防空火力的有效射程。

2.4 規(guī)劃空間簡化

巡航式反潛導(dǎo)彈的工作環(huán)境與反艦巡航導(dǎo)彈類似，均存在海上飛行段。海上地形較陸上地形要簡單很多，巡航式反潛導(dǎo)彈在巡航階段按照預(yù)定彈道高度飛行，一般情況下不進(jìn)行縱向機(jī)動，只是在橫向上進(jìn)行機(jī)動[4]。因此，在巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃中，可以進(jìn)行一些必要的簡化，只考慮威脅回避和地形回避，航跡規(guī)劃在二維平面上展開，這樣能降低計算模型的復(fù)雜度，減少計算量。

3 算法設(shè)計

3.1 規(guī)劃空間建模

3.1.1 威脅區(qū)的判定

3.1.2 柵格法規(guī)劃空間建模

采用柵格表示法對巡航式反潛導(dǎo)彈的飛行空間進(jìn)行描述[5]。在地理坐標(biāo)系下，將巡航式反潛導(dǎo)彈的工作空間分成若干柵格，利用海圖信息和敵情信息，確定威脅區(qū)域的位置并將其映射到相應(yīng)的柵格上。柵格劃分的粒度與海圖精度和巡航式反潛導(dǎo)彈的導(dǎo)航精度需要保持相互匹配。通過使用可信度值表示每一個柵格內(nèi)的威脅分布狀況，較為簡化的方法是，當(dāng)某一柵格與威脅區(qū)重合時，該柵格的可信度值為0，否則為1。柵格可以用直角坐標(biāo)法表示，也可以用序號法表示。

3.2 算法設(shè)計

3.2.1 個體和初始種群生成

3.2.3.4 填補(bǔ)算子

3.3 仿真計算

假設(shè)巡航式反潛導(dǎo)彈采用當(dāng)前點射擊方法進(jìn)行射擊。以巡航式反潛導(dǎo)彈載體為坐標(biāo)中心，北向為方位0°，潛艇目標(biāo)方位為135°，選定反潛式巡航導(dǎo)彈的飛行空間為目標(biāo)連線的±45°內(nèi)、以目標(biāo)連線為對角線的正方形區(qū)域，正方形區(qū)域的邊長設(shè)定為10。當(dāng)把整個區(qū)域劃分為100個柵格時，載體和目標(biāo)的位置為柵格{0}和柵格{99}的中心位置。

4 結(jié)束語

本文利用遺傳算法對巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃問題進(jìn)行了初步研究，建立了該算法的基本模型，仿真實驗結(jié)果表明了該算法的有效性。巡航式反潛導(dǎo)彈的航跡規(guī)劃問題是一個復(fù)雜的問題，約束條件較多，巡航式反潛導(dǎo)彈的動力學(xué)約束和其戰(zhàn)斗部末端航向的約束對于其航跡規(guī)劃的影響，是進(jìn)一步研究的重點。

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