(1. 海軍大連艦艇學(xué)院 軍事海洋與測(cè)繪系，遼寧 大連 116018；2. 海軍大連艦艇學(xué)院 導(dǎo)彈與艦炮系，遼寧 大連 116018)

低空艦載導(dǎo)彈借助相關(guān)地理信息規(guī)劃航路，有助于導(dǎo)彈以低速(亞音速)的方式隱蔽地深入敵區(qū)進(jìn)行突然打擊，從而實(shí)現(xiàn)提升航路質(zhì)量、達(dá)成戰(zhàn)術(shù)意圖的目的[1]。導(dǎo)彈在飛行的同時(shí)要顧及定位的準(zhǔn)確性，才能夠及時(shí)調(diào)整航路。通常，慣性定位系統(tǒng)的誤差易積累，衛(wèi)星定位易遭攻擊且穩(wěn)定性差，而使用匹配定位能夠避免這些缺陷。此外，由于導(dǎo)彈從海面發(fā)射，故其航路和定位的配套測(cè)繪保障離不開(kāi)現(xiàn)有海圖的支持。

為了建立航路規(guī)劃和匹配定位在海圖中的聯(lián)系，需要尋找連續(xù)的可匹配定位區(qū)域。首先，由于島嶼邊界、沿岸的地理信息變化較為明顯，是理想的匹配定位區(qū)域。其次，在這些可匹配區(qū)域飛行的導(dǎo)彈由于地物多路徑干涉效應(yīng)[2-3]的影響較難被雷達(dá)捕獲，導(dǎo)彈的隱蔽性得到了提高。為了進(jìn)一步處理島嶼邊界、沿岸的可匹配區(qū)域，需要將其進(jìn)行網(wǎng)格化。文獻(xiàn)[4]提出利用等間距平行線(xiàn)的方法來(lái)自動(dòng)進(jìn)行矢量結(jié)構(gòu)向網(wǎng)格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，在一定程度上解決了矢柵轉(zhuǎn)換的效率問(wèn)題，但得到的規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)量較大，而通過(guò)應(yīng)用四叉樹(shù)算法得到網(wǎng)格地圖可以減小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在網(wǎng)格地圖的路徑規(guī)劃問(wèn)題上，文獻(xiàn)[5]提出了四叉樹(shù)算法處理后網(wǎng)格地圖的路徑規(guī)劃，但由于該方法未被進(jìn)一步應(yīng)用在真實(shí)地圖數(shù)據(jù)中，所以未能分析網(wǎng)格化的限制條件及驗(yàn)證規(guī)劃路徑的適用性。

本研究在矢量海圖的基礎(chǔ)上，提出一種海圖構(gòu)建方法以滿(mǎn)足航路規(guī)劃與匹配定位的用圖需求。對(duì)比不同精度指標(biāo)的海圖處理算法，盡可能精細(xì)化、合理化表達(dá)海圖。在規(guī)劃航路方面兼顧隱蔽性，利用智能算法規(guī)劃顧及島嶼沿岸的隱蔽航路。在大部分島嶼沿岸的可匹配定位區(qū)域，依據(jù)文獻(xiàn)[6]提出的利用激光探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)海底地形輔助匹配導(dǎo)航定位的方法，可在海陸交接的淺水區(qū)實(shí)現(xiàn)淺水深點(diǎn)的輔助匹配定位。這樣規(guī)劃的航路在可匹配定位區(qū)域上空，可以極大程度地?cái)U(kuò)充用來(lái)進(jìn)行匹配定位特征區(qū)域的范圍，并且在輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定位的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)航路的規(guī)劃。同時(shí)低空沿岸飛行的導(dǎo)彈可以充分利用多路徑效應(yīng)，特別是這種效應(yīng)在海陸交接區(qū)域?qū)走_(dá)探測(cè)產(chǎn)生雜波信號(hào)的作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)劃躲避敵方雷達(dá)探測(cè)、捕獲的隱蔽性航路。

1 海圖構(gòu)建及航路規(guī)劃定位算法

1.1 適用于低空導(dǎo)彈海圖的特點(diǎn)

低空導(dǎo)彈所使用的海圖，需要保障其規(guī)劃航路的隱蔽性和定位的準(zhǔn)確性。在導(dǎo)航定位方面，排除慣性定位和衛(wèi)星定位，匹配定位無(wú)疑是最佳的。只要存在可匹配區(qū)域，則導(dǎo)彈的定位精度就能夠得到一定程度的保障[6]。由于低空導(dǎo)彈飛行時(shí)距離海面、陸地的垂直高度較近，地物、海面的多路徑干涉效應(yīng)[3]明顯，同時(shí)也意味著較難被敵方雷達(dá)捕獲。

雖然導(dǎo)彈低空縱深航行于陸地間需要大量地形數(shù)據(jù)的保障，同時(shí)也極容易因?yàn)椴荒芗皶r(shí)避障而墜毀，但導(dǎo)彈在沿岸巡航的航路避障的困難程度得到減輕，又能夠借助海陸交接的多路徑效應(yīng)降低敵方雷達(dá)的捕獲概率，所以這樣的航路具有隱蔽性。

此外，由于海圖不同于陸地地圖，在原有海圖的表示中，陸地部分并不詳細(xì)，僅突出了局部高程、等高線(xiàn)等有助航性質(zhì)的地圖要素，而對(duì)于地形地貌的表述往往是概略性的。在此基礎(chǔ)上，低空導(dǎo)彈要利用海圖的陸地部分進(jìn)行航路規(guī)劃和匹配定位將會(huì)帶來(lái)較大的誤差。但是海圖對(duì)于島嶼、岸線(xiàn)的描述尤其是基巖海岸線(xiàn)的呈現(xiàn)較為清晰[7]，同時(shí)輪廓線(xiàn)的變化形態(tài)也有助于匹配導(dǎo)航定位的實(shí)施。

以島嶼岸線(xiàn)輪廓為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建的海圖，避免了低空導(dǎo)彈經(jīng)過(guò)復(fù)雜地形地貌時(shí)的三維航路規(guī)劃以及三維避障處理的情形，轉(zhuǎn)而用固定的巡航高度進(jìn)行二維平面的航路規(guī)劃，同時(shí)地物效應(yīng)的影響增強(qiáng)了導(dǎo)彈的隱蔽性，也減輕了測(cè)繪數(shù)據(jù)保障的復(fù)雜度，減小了碰撞概率。綜上所述，在原有海圖的基礎(chǔ)上，通過(guò)島嶼、岸線(xiàn)輪廓的表達(dá)呈現(xiàn)適用于低空導(dǎo)彈飛行用的專(zhuān)題海圖，不僅能夠使導(dǎo)彈規(guī)劃的航路具有隱蔽性，同時(shí)也有利于導(dǎo)彈進(jìn)行匹配導(dǎo)航定位。

1.2 四叉樹(shù)算法構(gòu)建網(wǎng)格化海圖

1.2.1 算法原理

潮汐規(guī)律對(duì)島嶼、海岸輪廓線(xiàn)的影響不是本研究的重點(diǎn)，故需要重新構(gòu)建處理的電子海圖中的岸線(xiàn)輪廓可以認(rèn)為是某一時(shí)刻的岸線(xiàn)輪廓。依據(jù)現(xiàn)有矢量形式的電子海圖，在提取岸線(xiàn)輪廓前需要對(duì)原有矢量海圖的精度即比例尺大小進(jìn)行說(shuō)明。一般情況下用來(lái)匹配定位的地圖比例尺在1∶50 000至1∶100 000之間，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景并結(jié)合航路規(guī)劃用圖的特點(diǎn)選擇相應(yīng)比例尺的矢量地圖，再進(jìn)一步進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格化的劃分，如圖1所示。通常，單位網(wǎng)格的數(shù)值是依照“點(diǎn)柵格”的方式進(jìn)行描述的，即網(wǎng)格中心點(diǎn)不單單是該網(wǎng)格區(qū)域的高程平均值，也可以是平均水深值[8]，在海陸交接處的網(wǎng)格單元需要采用更為合理的面積占比原則進(jìn)行取值。在規(guī)則網(wǎng)格海圖的基礎(chǔ)上，應(yīng)用四叉樹(shù)算法進(jìn)一步離散化分割海圖，可以有效減少存儲(chǔ)空間、提高效率，并且經(jīng)過(guò)處理后的岸線(xiàn)、島嶼邊界等沿岸地形能夠被盡可能地精細(xì)化表達(dá)。

網(wǎng)格海圖是基于四叉樹(shù)算法原理建立的。在航路規(guī)劃的網(wǎng)格地圖中，單位網(wǎng)格分為可行、禁行狀態(tài)。如圖2所示，在四叉樹(shù)中，每棵樹(shù)由4個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)樹(shù)用方框、圓來(lái)表示，實(shí)心方框節(jié)點(diǎn)表示該區(qū)域處于禁行狀態(tài)，空心方框節(jié)點(diǎn)表示該區(qū)域處于可行狀態(tài)，空心圓節(jié)點(diǎn)表示該區(qū)域可以繼續(xù)劃分。應(yīng)用四叉樹(shù)算法的網(wǎng)格海圖的表示效率要高于規(guī)則網(wǎng)格地圖[8]，圖中規(guī)則網(wǎng)格地圖需要8×8=64個(gè)存儲(chǔ)空間，而應(yīng)用四叉樹(shù)算法僅需要19個(gè)存儲(chǔ)空間。利用四叉樹(shù)算法原理將相關(guān)島礁區(qū)中島嶼邊界進(jìn)行網(wǎng)格化(圖3所示)，能夠加快計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度，在一定程度上有助于導(dǎo)彈規(guī)劃定位系統(tǒng)響應(yīng)速度的提高。

1.2.2 應(yīng)用四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化海圖的限制條件

針對(duì)某比例尺矢量海圖中的島嶼沿岸邊界，應(yīng)用四叉樹(shù)算法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，使得邊界能夠被精細(xì)化表達(dá)[9]。上述過(guò)程中，應(yīng)用四叉樹(shù)算法劃分的網(wǎng)格較密，則計(jì)算量較大或者過(guò)于滿(mǎn)足匹配定位的要求，若網(wǎng)格劃分較疏或者出現(xiàn)局部劃分不精細(xì)的現(xiàn)象，則會(huì)影響航路規(guī)劃與匹配定位的進(jìn)行，因此需要對(duì)網(wǎng)格劃分的限制條件進(jìn)行確定。

對(duì)矢量海圖的處理主要分為提取邊界點(diǎn)和邊界線(xiàn)兩種方法。在海圖比例尺滿(mǎn)足匹配定位的前提下，提取圖4所示矢量海圖的島嶼邊界和原有海圖數(shù)據(jù)中組成輪廓線(xiàn)的離散點(diǎn)，應(yīng)用四叉樹(shù)算法時(shí)分別依據(jù)不同限制條件進(jìn)行網(wǎng)格劃分[10-11]。在四叉樹(shù)算法劃分中，劃分的最小網(wǎng)格稱(chēng)為“頂層網(wǎng)格”，頂層網(wǎng)格個(gè)數(shù)越少，航路規(guī)劃時(shí)需要局部處理的航路段就會(huì)增加，則說(shuō)明劃分的限制條件缺乏適用性；頂層網(wǎng)格個(gè)數(shù)越多，則劃分的層數(shù)隨之增加，說(shuō)明劃分的過(guò)于精細(xì)降低了算法的效率、增加了用來(lái)規(guī)劃和定位的用時(shí)。為了進(jìn)一步說(shuō)明海圖構(gòu)建的合理性，結(jié)合表1和圖5～7中矢量海圖不同限制條件的劃分效果進(jìn)行闡述。

當(dāng)限制每個(gè)最小網(wǎng)格中至多有N個(gè)離散點(diǎn)，即單向限制離散點(diǎn)時(shí)。如表1所示，N=1時(shí)，頂層網(wǎng)格個(gè)數(shù)等同于離散點(diǎn)的個(gè)數(shù)且劃分層數(shù)過(guò)多，過(guò)于滿(mǎn)足匹配定位要求、導(dǎo)致計(jì)算量增加；增加N的值會(huì)出現(xiàn)少量的頂層網(wǎng)格，不利于匹配定位的進(jìn)行。圖5所示為限制每個(gè)最小網(wǎng)格中至多有3個(gè)離散點(diǎn)時(shí)的劃分效果，圓形區(qū)域所示的頂層網(wǎng)格數(shù)量過(guò)少。此外，圓形區(qū)域內(nèi)離散化的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法做到完全的一致，出現(xiàn)表達(dá)過(guò)于精細(xì)或者過(guò)于粗糙的現(xiàn)象，這樣就會(huì)使得匹配定位區(qū)域的匹配相關(guān)性具有一定的復(fù)雜度，從而影響匹配定位與規(guī)劃航路的生成效率。

當(dāng)限制每個(gè)最小網(wǎng)格中至少有N個(gè)離散點(diǎn)以及最大劃分層數(shù)為M層時(shí)，即雙向限制離散點(diǎn)時(shí)。表1所示雙向限制離散點(diǎn)中頂層網(wǎng)格的個(gè)數(shù)明顯優(yōu)于單向限制離散點(diǎn)，但會(huì)出現(xiàn)局部劃分過(guò)疏或過(guò)密的不合理情形。以N=1，M=5為例，圖6所示海圖中大部分邊界表達(dá)較為精細(xì)，但出現(xiàn)了圓形區(qū)域網(wǎng)格劃分較為疏散的情形。

表1 具體精度參數(shù)分析數(shù)據(jù)

將島嶼輪廓線(xiàn)與當(dāng)前網(wǎng)格相交的面積占比P%作為網(wǎng)格劃分的依據(jù)，島嶼作為被裁剪的多邊形，裁剪窗口為正方形網(wǎng)格，得到一個(gè)新的多邊形，其面積在當(dāng)前網(wǎng)格的占比超過(guò)P%時(shí)，需要繼續(xù)剪裁，反之停止。為了避免出現(xiàn)網(wǎng)格過(guò)大而停止劃分的情況，還需限定當(dāng)前網(wǎng)格相交所占最大面積為固定值S0，不滿(mǎn)足則繼續(xù)劃分。表1所示在三種不同面積比例下，與上述兩種限制條件相比，頂層網(wǎng)格個(gè)數(shù)適中、劃分的層數(shù)也比較穩(wěn)定。圖7所示是依據(jù)面積占比P%=50%時(shí)的網(wǎng)格劃分海圖，這種劃分方式的網(wǎng)格劃分層數(shù)較為合理，沒(méi)有出現(xiàn)零散頂層網(wǎng)格的現(xiàn)象，十分有利于匹配定位和規(guī)劃航路相關(guān)算法的應(yīng)用。

1.2.3 構(gòu)建海圖的精度評(píng)價(jià)

在構(gòu)建面向航路規(guī)劃與匹配定位的自適應(yīng)網(wǎng)格海圖時(shí)，需要控制好，使構(gòu)建的海圖模型與真實(shí)的海岸、島礁、淺水深海底區(qū)域之間的整體差異性最小，從而滿(mǎn)足海圖模型的精度要求。通常，這種差異性是用構(gòu)建海圖與真實(shí)數(shù)據(jù)之間的中誤差δh來(lái)描述。由于本文海圖模型的構(gòu)建是在輪廓線(xiàn)的基礎(chǔ)上應(yīng)用四叉樹(shù)算法的網(wǎng)格劃分，則需要獲取n個(gè)落入最小網(wǎng)格中的高程值或淺水深值h′i，用h表示該網(wǎng)格所代表的高程值或淺水深值，則該網(wǎng)格的中誤差的計(jì)算公式如下：

(1)

由于原海圖的比例尺需要滿(mǎn)足1∶50 000至1∶100 000才能夠進(jìn)行匹配定位，設(shè)比例尺的分母為M、構(gòu)建海圖的單位網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為l。則l·M代表真實(shí)地圖的長(zhǎng)度，同時(shí)也反映了構(gòu)建海圖的量測(cè)精度，即構(gòu)建網(wǎng)格海圖的比例尺為1∶(l·M)，需要在1∶50 000至1∶100 000的范圍內(nèi)方能符合匹配定位要求。

1.3 航路規(guī)劃與定位算法

在四叉樹(shù)算法構(gòu)建海圖的基礎(chǔ)上，利用蟻群智能優(yōu)化算法[12]規(guī)劃隱蔽性航路，充分發(fā)揮蟻群算法并行性強(qiáng)的特點(diǎn)，得到規(guī)劃航路的滿(mǎn)意解。同時(shí)構(gòu)建的海圖也能夠保障利用激光測(cè)高、測(cè)距的匹配定位。

1.3.1 基于沿岸約束條件的蟻群規(guī)劃算法

應(yīng)用蟻群算法時(shí)，航路i的約束條件用θi(0<θi<1)表示，θi=0表示禁止航行，螞蟻選擇其他網(wǎng)格。用γn表示航路經(jīng)過(guò)第n個(gè)島嶼沿岸的權(quán)重值，與信息素和啟發(fā)信息相對(duì)權(quán)重參數(shù)的α、β的關(guān)系式為αn+βn+γn=1，算法中標(biāo)簽為k(k=1,2,…)時(shí)螞蟻的狀態(tài)[13]，在時(shí)間t時(shí)刻，能夠發(fā)生從i到j(luò)節(jié)點(diǎn)的概率事件表達(dá)式為：

(2)

其中τij(t)表示t時(shí)信息素余量，allowedk={1,2,…}-tabuk表示螞蟻k下次選擇的節(jié)點(diǎn)，tabuk是存儲(chǔ)已知節(jié)點(diǎn)，ηij表示節(jié)點(diǎn)間的期望。

在tn周期中，蟻群算法信息素更新公式：

(3)

式(3)中，信息素增量用Δτ表示，信息殘留取值為ρ∈(0,1)，解算后得到公式(4)，其中Q為信息素強(qiáng)度。

(4)

1.3.2 基于激光測(cè)深、測(cè)高的匹配定位手段

圖8 匹配原理示意圖

圖8所示，地形輪廓匹配(terrain contour matching，TERCOM)算法是通過(guò)導(dǎo)彈上的激光測(cè)深、測(cè)高系統(tǒng)[6,14]來(lái)實(shí)時(shí)獲取高程點(diǎn)值hr以及淺水區(qū)中水深點(diǎn)(淺水深點(diǎn)的最大值設(shè)定需要依據(jù)激光器自身性能判定)的相對(duì)高度hs。此時(shí)絕對(duì)高度h為實(shí)測(cè)值，h與hr或是hs相減得高程差值或水深值。通過(guò)慣性定位的位置信息和四叉樹(shù)網(wǎng)格構(gòu)建的海圖數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算高程hm以及相關(guān)極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置就是導(dǎo)彈的飛行位置。同樣，在淺水區(qū)測(cè)量t+i時(shí)刻的ht+i和t時(shí)刻的ht對(duì)照存儲(chǔ)值計(jì)算出差值為：Δh=ht+i-ht。

通過(guò)采集實(shí)測(cè)某段序列的路徑，并與導(dǎo)彈匹配系統(tǒng)中存儲(chǔ)的平行該段路徑的序列進(jìn)行比對(duì)判斷，其中指標(biāo)的選定主要有三種：JCOR交叉相關(guān)值(cross correlation, COR)、JMAD平均絕對(duì)差(mean absolute difference, MAD)和JMSD均方差(mean square difference, MSD)算法，公式分別定義為：

(5)

(6)

(7)

式(5)、(6)、(7)中，hm、hr/s、Δe、Δn分別表示存儲(chǔ)的序列值、實(shí)測(cè)的序列值和在該方向上的偏移量。由文獻(xiàn)[15]對(duì)精度的比對(duì)可知，均方差JMSD較為合適。

1.4 海圖構(gòu)建流程

通過(guò)海圖構(gòu)建及航路規(guī)劃定位算法的分析描述，給出所提海圖構(gòu)建方法的偽代碼(表2)，以及適用于航路規(guī)劃與匹配定位的海圖構(gòu)建算法流程圖(圖9)。

表2 應(yīng)用四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化海圖偽代碼

圖9 適用于航路規(guī)劃與匹配定位的海圖構(gòu)建算法流程圖

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 適用于航路規(guī)劃與匹配定位的海圖仿真

應(yīng)用上一節(jié)所提方法，在提取的矢量海圖島嶼輪廓線(xiàn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出應(yīng)用四叉樹(shù)算法滿(mǎn)足匹配定位要求的網(wǎng)格海圖。在構(gòu)建過(guò)程中，網(wǎng)格所代表的高程值或淺水深值是在該網(wǎng)格中誤差極小值情況下選取的數(shù)值。

圖10 四叉樹(shù)算法劃分的海圖中網(wǎng)格值的確定

圖10所示四叉樹(shù)算法劃分的海圖中網(wǎng)格值的確定，即落入h′所在網(wǎng)格的四個(gè)點(diǎn)為h′1、h′2、h′3、h′4，得到網(wǎng)格的中誤差δh：

(8)

使得δh最小，則得到h′的值，按照該方法整理所劃分的網(wǎng)格，網(wǎng)格的水深、高程數(shù)值如圖11所示。為說(shuō)明海圖在匹配定位方面的適用性，圖11在生成隱蔽性導(dǎo)彈航路的基礎(chǔ)上應(yīng)用TERCOM匹配算法。設(shè)置低空導(dǎo)彈垂直于海平面飛行實(shí)時(shí)高度測(cè)值為80 m，則第1組數(shù)據(jù)：實(shí)時(shí)高度為86、90、90、94、82 m，待匹配網(wǎng)格數(shù)值為-6、-10、-10、-14、-2 m；第2組數(shù)據(jù)：實(shí)時(shí)高度為76、75、65、67、74 m，待匹配網(wǎng)格數(shù)值為-4、-5、-15、-13、-6 m。匹配結(jié)果見(jiàn)表3，可知通過(guò)匹配定位，求得的MSD最小值為實(shí)際的導(dǎo)彈飛行路徑，即兩組匹配的方向分別為由西至東和由西北至東南兩個(gè)方向。對(duì)于匹配仿真需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，由于附加沿岸約束條件的航路規(guī)劃，可以在導(dǎo)彈航行過(guò)程中提供較為豐富的匹配特征點(diǎn)，而對(duì)于是否滿(mǎn)足合理的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)關(guān)系到識(shí)別海圖的時(shí)效性和精確性。為此，如果匹配效果不理想，需要將基于激光測(cè)深、測(cè)高的匹配定位仿真結(jié)果反饋到規(guī)劃航路中，從而對(duì)航路附加約束條件相關(guān)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整(主要調(diào)整的是航路與輪廓線(xiàn)的距離和形狀相對(duì)一致性)，能夠在一定程度上保證構(gòu)建海圖的容錯(cuò)性。

圖11 四叉樹(shù)算法劃分的網(wǎng)格海圖用于匹配定位

第一組匹配結(jié)果第二組匹配結(jié)果匹配方向MSD定位坐標(biāo)匹配方向MSD定位坐標(biāo)東-西9.200(3,15)-(3,11)東北-西南157.400(1,9)-(5,5)南-北98.000(5,1)-(1,1)東南-西北116.400(5,7)-(1,3)西-東0.000(1,5)-(1,9)西南-東北243.800(5,7)-(1,11)北-南29.000(1,13)-(5,13)西北-東南0.000(1,10)-(5,14)

2.2 實(shí)際海圖航路規(guī)劃效果比對(duì)

圖12 網(wǎng)格化海圖上的隱蔽性航路(小范圍)

構(gòu)建應(yīng)用四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化的海圖，同時(shí)滿(mǎn)足海圖的比例尺在可用于匹配定位的范圍內(nèi)。利用對(duì)實(shí)際海圖的仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證所構(gòu)建海圖的可靠性。對(duì)某型低空艦載導(dǎo)彈的若干參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)定：導(dǎo)彈的回轉(zhuǎn)半徑極小值和發(fā)射穩(wěn)定初始航段值均設(shè)置為2個(gè)單位網(wǎng)格(即劃分的頂層網(wǎng)格)，末端攻擊前航段值為3個(gè)單位網(wǎng)格，極限回轉(zhuǎn)角度為90°。顧及島嶼沿岸輪廓的可匹配定位區(qū)域，并應(yīng)用蟻群算法附加沿岸約束生成的隱蔽性規(guī)劃航路效果見(jiàn)圖12所示，該航路的絕大部分經(jīng)過(guò)島嶼邊界區(qū)域上空，為地形/水深匹配定位提供可匹配區(qū)域時(shí)，能夠保持一定程度上的匹配連續(xù)性。同時(shí)，與完全在海域上空巡航的航路相比，由于受海陸交接區(qū)域地物效應(yīng)的影響，依據(jù)本文構(gòu)建海圖生成的航路更具有戰(zhàn)術(shù)隱蔽性。此外，與越島飛行的航路相比，需要利用的地理信息數(shù)據(jù)更為簡(jiǎn)化。最后，從四叉樹(shù)網(wǎng)格化的劃分角度考慮，通過(guò)對(duì)島嶼邊界進(jìn)行較為細(xì)致化的劃分，使得匹配區(qū)域的特征更加明顯，增強(qiáng)了導(dǎo)彈低空飛行對(duì)關(guān)鍵區(qū)域匹配的時(shí)效性。

圖12所示的隱蔽航路效果是在小范圍、少數(shù)島嶼的情況下進(jìn)行的，生成的合理的規(guī)劃航路很好地說(shuō)明了本研究所提構(gòu)建海圖的方法具有一定的適用性。

為了進(jìn)一步對(duì)比驗(yàn)證海圖的實(shí)際應(yīng)用效果以及在復(fù)雜海圖區(qū)域的適用性，需要選取范圍較大的海域，同時(shí)確保該海域的島嶼和沿岸地帶較為豐富，方便提取更多的輪廓線(xiàn)來(lái)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。此外，在海圖構(gòu)建方面，需利用規(guī)則網(wǎng)格構(gòu)建的海圖與四叉樹(shù)算法構(gòu)建的海圖對(duì)比，說(shuō)明兩者的差異及四叉樹(shù)算法的優(yōu)異性。如圖13所示的島礁、沿岸區(qū)域?yàn)橐?guī)則網(wǎng)格化的海圖，圖14為在同一島礁、沿岸區(qū)域中應(yīng)用四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化的海圖，可見(jiàn)兩幅圖中島嶼個(gè)數(shù)較多、分布較為集中。在確保滿(mǎn)足極限航程、轉(zhuǎn)向角度合理等自身約束條件下，應(yīng)用蟻群算法附加沿岸約束條件得到圖13、圖14所示的規(guī)劃航路，圖14所示航路相比較于規(guī)則網(wǎng)格的規(guī)劃航路，在一定程度上依托了島嶼邊界，使得低空導(dǎo)彈經(jīng)過(guò)海陸交接區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生地物效應(yīng)從而干擾偵察雷達(dá)信號(hào)，增強(qiáng)了低空巡航過(guò)程中的隱蔽突防能力。表4列出了圖13和圖14所示航路的具體參數(shù)值，通過(guò)進(jìn)一步對(duì)比表中數(shù)據(jù)可知，依據(jù)規(guī)則格網(wǎng)進(jìn)行航路規(guī)劃時(shí)，由于航路大部分在海區(qū)上方，水深過(guò)深而無(wú)法進(jìn)行激光測(cè)距，所以無(wú)法提供較多的可匹配導(dǎo)航區(qū)域。相反，隱蔽規(guī)劃航路雖然在總航程方面處于劣勢(shì)，但其規(guī)劃航路卻經(jīng)過(guò)了較多的淺水點(diǎn)的區(qū)域，可以給匹配定位提供較為連續(xù)的可匹配導(dǎo)航區(qū)域。并且由于四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化海圖的存儲(chǔ)信息量有所簡(jiǎn)化，節(jié)約了整個(gè)航路的規(guī)劃用時(shí)。在隱蔽能力上，規(guī)則格網(wǎng)化海圖的航路絕大部分經(jīng)過(guò)海域，無(wú)法充分利用地物效應(yīng)對(duì)敵方雷達(dá)偵察造成干擾，從而增加了被雷達(dá)持續(xù)跟蹤、暴露戰(zhàn)術(shù)意圖的概率。而四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化海圖的航路，相比而言經(jīng)過(guò)海域的部分要少的多，更多的是經(jīng)過(guò)了海陸交接的區(qū)域，增強(qiáng)了地物效應(yīng)的影響，使得雷達(dá)不能持續(xù)捕獲跟蹤，增強(qiáng)了導(dǎo)彈的隱蔽能力。

表4 規(guī)劃航路參數(shù)對(duì)比表

3 結(jié)論

通過(guò)分析計(jì)算及海圖仿真實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1) 以島嶼、海岸輪廓線(xiàn)為基礎(chǔ)，應(yīng)用四叉樹(shù)算法構(gòu)建的網(wǎng)格化海圖，能夠充分利用地物、海面的多路徑干涉效應(yīng)來(lái)躲避敵方雷達(dá)，從而為規(guī)劃具有隱蔽性的航路提供了保障。

2) 在規(guī)劃隱蔽性航路基礎(chǔ)上，四叉樹(shù)算法網(wǎng)格化的海圖提供了較為連續(xù)的可匹配定位區(qū)域用于匹配導(dǎo)航定位，擴(kuò)大了低空艦載導(dǎo)彈的匹配導(dǎo)航定位的區(qū)域范圍，有效提高了導(dǎo)航能力。

由于本文從矢量海圖網(wǎng)格化方法應(yīng)用的角度出發(fā)，忽略了潮汐規(guī)律對(duì)島嶼、海岸輪廓線(xiàn)的影響，也未能深入研究匹配定位與航路規(guī)劃之間的反饋?zhàn)饔?，還需要在下一步研究過(guò)程中完善海圖精度、潮汐變化對(duì)海圖構(gòu)建的影響及海圖容錯(cuò)性的分析。