基于可达区预测的高速机动目标多弹拦截决策

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2024.02.006

摘要/Abstract

摘要：

针对大气层内高速机动目标的多弹拦截问题，提出了一种基于可达区预测的多弹拦截决策方法。基于机动能力分析与曲线拟合方法建立了拦截弹可达区的解析模型，可实现在给定发射点与预测命中点后拦截弹可达区边界生成；结合进攻弹的可达区快速预测方法，将高速机动目标的多弹拦截决策转化为攻防可达区覆盖优化问题，设计寻优算法并求解得到使用最少拦截弹覆盖最大范围进攻弹可达区的多弹拦截策略；通过数值仿真验证了所提方法的有效性。

关键词: 高速机动目标, 可达区预测, 多弹拦截决策, 可达区覆盖, 寻优算法

Abstract:

In view of the problem of multi-missile interception of atmospheric high-speed maneuvering targets， this paper proposed a multi-missile interception decision method based on footprint prediction. Firstly， based on the maneuvering ability analysis and curve fitting method of the interceptor， the analytical model of its footprint was established， and the boundary of the footprint of the interceptor was generated with the given launch point and predicted interception point. Secondly， combined with the fast footprint prediction method of the offensive， the multi-missile interception decision-making method of the high-speed maneuvering target was transformed into the optimization problem of the coverage of the offensive and defensive footprint， and the optimization algorithm was designed to solve the multi-missile interception strategy， which used the least interceptors to cover the maximum range of the footprint of the offensive. Finally， the effectiveness of the proposed method was verified by numerical simulation.

Key words: high-speed maneuvering targets, prediction of footprint, multi-missile interception decision making, footprint coverage, optimization algorithm

中图分类号:

V448.2

李昊键, 黎克波, 梁彦刚. 基于可达区预测的高速机动目标多弹拦截决策[J]. 现代防御技术, 2024, 52(2): 53-62.

Haojian LI, Kebo LI, Yangang LIANG. Multi-missile Interception Decision for High-speed Maneuvering Target Based on Footprint Prediction[J]. Modern Defense Technology, 2024, 52(2): 53-62.

图/表 9

图1 HBGV可达区

Fig. 1 Footprint of HBGV

图2 不同αm值拦截弹可达区

Fig. 2 Footprint of interceptor with different values of αm

图 3 拦截弹一般可达区

Fig. 3 General footprint of interceptor

表 1 不同αm值下拦截弹可达区边界特征参数值

Table 1 Characteristic parameters values of the footprint of interceptor with different values of αm

程序角α_m/（°）	拦截高度H/km	长半轴 a/（°）	短半轴 b/（°）	最大纵程d/（°）
11.5	60.54	0.952 0	1.001 0	2.336 0
12.0	42.69	0.636 0	0.660 1	1.715 0
12.5	28.62	0.384 3	0.384 7	1.131 0
13.0	20.13	0.239 2	0.232 0	0.781 0

图4 拦截弹可达区边界特征参数随高度变化曲线

Fig. 4 Curves of boundary characteristic parameters of interceptor footprint with different height

图5 HBGV可达区预测结果

Fig. 5 Simulation results of HBGV footprint prediction

图6 攻防可达区覆盖情况

Fig. 6 Coverage optimization results of offensive and defensive footprint

图7 三维攻防轨迹曲线

Fig. 7 Three-dimensional attack and defense trajectory curves

图8 攻防轨迹二维投影曲线

Fig. 8 Two-dimensional projection curves of attack and defense trajectory

参考文献 20

1	王俊伟，冯丽，叶蕾，等. 2022年国外高超声速领域发展研究［J］. 战术导弹技术， 2023（2）： 15-24.
	WANG Junwei， FENG Li， YE Lei， et al. Review of Hypersonic Development Abroad in 2022［J］. Tactical Missile Technology， 2023（2）： 15-24.
2	王冠，尹童，曹颖. 国外高超声速武器攻防发展态势研究［J］. 现代防御技术， 2022， 50（2）： 26-32.
	WANG Guan， YIN Tong， CAO Ying. Research on the Development of Foreign Hypersonic Offensive and Defensive Weapons［J］. Modern Defence Technology， 2022， 50（2）： 26-32.
3	SZIROCZAK D， SMITH H. A Review of Design Issues Specific to Hypersonic Flight Vehicles［J］. Progress in Aerospace Sciences， 2016， 84： 1-28.
4	LIU Shuangxi， YAN Binbin， HUANG Wei， et al. Current Status and Prospects of Terminal Guidance Laws for Intercepting Hypersonic Vehicles in Near Space： A Review［J］. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A， 2023， 24（5）： 387-403.
5	朱一凡，张学斌，王维平，等. 反导防空导弹拦截决策分析模型［J］. 国防科技大学学报， 1999， 21（1）： 29-32.
	ZHU Yifan， ZHANG Xuebin， WANG Weiping， et al. Analytical Model on Intercepting Decision of Anti Tactical Ballistic Missile［J］. Journal of National University of Defense Technology， 1999， 21（1）： 29-32.
6	于大腾，王华，李林森，等. 能量约束下的动能拦截弹逆轨拦截攻击区建模［J］. 宇航学报， 2017， 38（7）： 704-713.
	YU Dateng， WANG Hua， LI Linsen， et al. Attack Area Modeling of Kinetic Kill Vehicle Head⁃on Interception with Energy Constraint［J］. Journal of Astronautics， 2017， 38（7）： 704-713.
7	王子建. 多目标拦截器协同拦截决策方法研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2020.
	WANG Zijian. Research on Decision⁃Making Method of Multi-Target Interceptor Cooperative Interception［D］. Harbin： Harbin Institute of Technology， 2020.
8	邹子缘，陈琪锋. 基于决策树搜索的空间飞行器集群对抗目标分配方法［J］. 航空学报， 2022， 43（增1）： 78-88.
	ZOU Ziyuan， CHEN Qifeng. Decision Tree⁃Based Target Assignment for Confrontation of Multiple Space Vehicles［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（S1）： 78-88.
9	王泽辉. 防空武器拦截决策系统关键技术研究［D］. 西安：西安电子科技大学， 2022.
	WANG Zehui. Research on Key Technologies of Air Defense Weapon Interception Decision System［D］. Xi'an： Xidian University， 2022.
10	WANG Zehui， XIN Yu， WANG Changchang， et al. Research on Key Technologies of Air Defense Weapon Interception Decision System［C］∥Advances in Guidance， Navigation and Control. Singapore： Springer Nature Singapore， 2023： 5809-5820.
11	SU Wenshan， SHIN H S， CHEN Lei， et al. Cooperative Interception Strategy for Multiple Inferior Missiles Against One Highly Maneuvering Target［J］. Aerospace Science and Technology， 2018， 80： 91-100.
12	SU Wenshan， LI Kebo， CHEN Lei. Coverage⁃Based Three-Dimensional Cooperative Guidance Strategy Against Highly Maneuvering Target［J］. Aerospace Science and Technology， 2019， 85： 556-566.
13	肖惟，于江龙，董希旺，等. 过载约束下的大机动目标协同拦截［J］. 航空学报， 2020， 41（增1）： 181-191.
	XIAO Wei， YU Jianglong， DONG Xiwang， et al. Cooperative Interception Against Highly Maneuvering Target with Acceleration Constraints［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2020， 41（S1）： 181-191.
14	吴楠. 助推滑翔飞行器预警探测滤波方法与误差链研究［D］. 长沙：国防科学技术大学， 2015.
	WU Nan. Study on Filtering Methods and Error Chain in the Boost Glide Vehicle Warning and Detection［D］. Changsha： National University of Defense Technology， 2015.
15	吴楠，王锋，赵敏，等. 高超声速滑翔再入飞行器的可达区快速预测［J］. 国防科技大学学报， 2021， 43（1）： 1-6.
	WU Nan， WANG Feng， ZHAO Min， et al. Fast Prediction for Footprint of Hypersonic Glide Reentry Vehicle［J］. Journal of National University of Defense Technology， 2021， 43（1）： 1-6.
16	张凯，熊家军. 滑翔式高超声速目标可达区域计算方法［J］. 现代防御技术， 2017， 45（2）： 67-73.
	ZHANG Kai， XIONG Jiajun. Algorithm of Footprint Area for Gliding Hypersonic Target［J］. Modern Defence Technology， 2017， 45（2）： 67-73.
17	阮春荣. 大气中飞行的最优轨迹［M］. 茅振东，译. 北京：宇航出版社， 1987.
	RUAN Chunrong. Optimal Trajectories in Atmospheric Flight［M］. Translated by MAO Zhendong. Beijing： Astronautic Publishing House， 1987.
18	陈克俊，刘鲁华，孟云鹤.远程火箭飞行动力学与制导［M］.北京：国防工业出版社， 2014.
	CHEN Kejun， LIU Luhua， MENG Yunhe. Launch Vehicle Flight Dynamics and Guidance［M］.Beijing： National Defense Industry Press，2014.
19	刘思彤，张占月，刘达，等. 高超声速飞行器防御体系建设顶层构想［J］. 现代防御技术， 2022， 50（4）： 10-16.
	LIU Sitong， ZHANG Zhanyue， LIU Da， et al. Top-Level Conception of Hypersonic Vehicle Defense System Construction［J］. Modern Defence Technology， 2022， 50（4）： 10-16.
20	田傲，曹学伟. 美国高超声速武器防御系统进展分析［J］. 飞航导弹， 2021（5）： 21-25.
	TIAN Ao， CAO Xuewei. Progress Analysis of U.S. Hypersonic Weapon Defense System［J］. Aerodynamic Missile Journal， 2021（5）： 21-25.

[1]	赵新华, 汪康, 高长生. 柔性航天器的H_∞状态反馈控制器设计[J]. 现代防御技术, 2024, 52(2): 79-86.
[2]	田源, 王俊波, 宿敬亚. 应用PWPF调节器的空间飞行器姿态控制方法研究[J]. 现代防御技术, 2020, 48(1): 32-37.
[3]	韩嘉俊, 王小虎, 吴旭忠. 故障自适应滑模再入姿态控制设计[J]. 现代防御技术, 2018, 46(6): 51-56.
[4]	李人杰, 陈杨, 向开恒. 考虑初始相位角影响的空间飞越发射窗口研究[J]. 现代防御技术, 2018, 46(3): 171-176.