舰载预警机防空警戒巡逻策略规划系统设计
段晓稳，李琳，郭良
（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）
摘 要： 为了研究在面对不同威胁时，针对舰艇编队内所属不同舰艇的不同型号预警机，指挥员应如何根据任务使命制定相应巡逻策略的问题，设计了舰载预警机防空警戒巡逻策略规划系统，并对系统的架构、运行流程和系统中各模块的功能和研究思路进行了详细介绍。
关键词： 舰艇编队；预警机；防空警戒；巡逻策略
0 引言
舰载预警机作为舰艇编队的早期空中预警力量，其预警效果对舰艇编队对空防御效果具有重大影响[1]。现有针对舰载预警机早期预警的研究主要集中在巡逻策略规划过程中涉及的相关具体算法方面[2-3,5]，而并未针对巡逻策略规划进行系统性的研究。鉴于此，本文设计了一种舰载预警机防空警戒巡逻策略规划系统，分层建立了系统架构，设计了系统的运行流程，对系统中各模块的功能和建立思路进行了详细介绍，对相关研究人员具有借鉴意义。
1 系统架构
舰载预警机防空警戒巡逻策略规划系统架构分为数据层、逻辑层和应用层三个层次，如图1所示。
数据层为系统提供数据支持并保存数据结果。包括敌机数据、敌导弹数据、舰艇数据、预警机数据和巡逻策略数据。其中前四项装备数据作为巡逻策略规划的数据基础，巡逻策略数据是巡逻策略规划的结果输出。
逻辑层提供整个巡逻策略规划系统的核心功能，包括预警效果模型、预警威胁模型、预警机飞行轨迹模型、目标函数集和优化函数。其中预警效果/威胁模型应能实现对拟警戒区域内栅格的预警收益/受到的威胁大小的评价，预警机飞行轨迹模型应给出预警机在不同时刻位置的确定方法，目标函数集由基于不同协同模式的目标函数构成，优化函数实现对目标函数的求解。
图1 巡逻策略规划系统架构
应用层是整个系统的最高层，提供巡逻策略、任务使命、协同模式和优化参数的设计功能。其中巡逻策略设计实现对巡逻策略格式的设置，任务使命设计实现对任务使命的定量描述，协同模式设计实现对协同模式的定制及相应目标函数的匹配，优化参数设计实现对优化函数中相关变量的设置。
图2 巡逻策略规划系统运行流程
2 系统运行流程
预警机协同模式是指预警机协同执行任务时的约定准则。通过分析，提出批次协同和重组协同两种协同模式。其中批次协同是指前出执行预警任务的多架预警机同时出发并同时返航，构成固定批次，故编队内各架预警机具有相同的起飞时间t ，建立目标函数时无需引入巡逻策略四元组中的t 变量。重组协同是指前出执行预警任务的多架预警机并无同时出发及同时返航的硬性约束，预警机只有达到最大巡逻时间时或整个巡逻任务结束时才会返航，故而编队内各架预警机具有不同的起飞时间t ，建立目标函数时需要引入巡逻策略四元组中的t 变量。通过对批次协同进行分析，认为可将其进一步分为“指定架次型”和“不指定架次型”两类。其中“指定架次型”巡逻策略规划可以理解为在首波预警机和轮换预警机均确定的情况下的巡逻策略规划问题。在这种情况下，巡逻策略规划的任务即是求解各架参与巡逻预警机的,,dφ θ ＜ ＞的问题；“不指定架次型”巡逻策略规划可以理解为在确定可参与巡逻任务的预警机集合的情况下，针对首波预警机和轮换预警机的巡逻策略规划问题。在这种情况下，巡逻策略规划即是求解哪架预警机在哪一阶段以哪种策略,,dφ θ ＜ ＞执行巡逻任务的问题。
目标函数体现指挥员对预警机巡逻时的收益期望，期望值定义为预警效能，需要根据预警机的协同模式针对性构建。
所提出协同模式分类如图5所示。
对种子进行精选，剔出霉变、损伤粒，将选好的种子连晒2-3天，以提高出苗率和整齐度。播种量应控制在2.5-3公斤/亩，根据品种特性进行酌情增减。播种深度3-5厘米，等行距种植的行距为60厘米左右，大垄行种植的大行距为90-110厘米，小行距为40厘米。典型高产经验表明，耐密型品种密度可在5000株/亩以上，大穗型品种密度可在4000-4500株/亩左右。出苗后及时查苗、补苗并及早间苗定苗。缺苗时可在同行或相邻行就近留双株，若缺苗太多则应及早补苗。一般3叶期间苗，5-6片可见叶时定苗。为提高群体整齐度，应去除弱苗、病苗、虫苗，留壮苗、匀苗、齐苗。
首先基于预警机巡逻形式对巡逻策略的表征形式进行设计，在此基础上，通过对作战单元参数的设置并结合预警效果/威胁模型实现对战场空域的评价，进一步，通过任务使命和协同模式定制目标函数，最后设计优化函数以求解目标函数并最终得到巡逻策略。
3 巡逻策略设计
通常情况下，舰载预警机进行空中警戒时的飞行航线呈双平行线型（在侧风情况下飞行航线呈8字型），其巡逻区域可通过区域中心与舰艇编队中心之间的距离d 、区域中心相对舰艇编队中心的方位φ 、区域直线段长度l 、区域圆弧段半径r 和区域偏转角θ 这5 个参数来描述[2]，双平行线型和8 字型航线分别如图3和图4所示[4]。图中，l 和r 一般直接指定，所以待定参数包括φ 、θ 和d 。此外，还需引入预警机起飞时间t ，则确定巡逻区域参数问题即是确定四元组＜t,φ,θ,d ＞的问题，以预警机起飞准备、起飞、区域巡逻及返航的整个阶段为一个预警周期，则预警机在单个预警周期的飞行过程可通过四元组＜t,φ,θ,d ＞表示。
小学数学教学情境的创设，要符合不同年龄段儿童的心理特点和认知规律，要根据不同的教学内容有所变化。多年来，通过参加课题研究和教学实践，从在新课引入时、在新知的探究中、在知识巩固上、在整个课堂教学中创设不同的情境，我探索了一些方法，并取得了一些收获：
图3 双平行线型机动平面示意图
图4 8 字型机动平面示意图
4 作战单元参数初始化
进行预警机基础模型设计之前，需要对作战单元参数进行初始化，包括敌方战机、敌方导弹、舰艇编队、预警机及其它相关单元参数，并将其作为后续相关模型的输入，支撑巡逻策略的求解。
5 预警机基础模型设计
5.1 预警效果模型
预警机在既定区域巡逻时获得的预警效果，可以通过机载雷达覆盖区域内各栅格对应的预警效果来综合衡量。栅格对应的预警效果是敌方各目标在栅格处对应的预警效果之和。综合衡量时，对于多架预警机协同预警的情况，需要考虑对栅格进行重复覆盖时的预警效果的评价方法。
5.2 预警威胁模型
在建模时需要考虑的问题首先是预警效果/威胁的归一化问题，因为预警机巡逻时需要同时引入对预警效果和预警威胁的考虑，故两者需要独立求解并综合加权，必须分别建立合理的归一化模型。
5.3 预警机飞行轨迹模型
预警机的飞行轨迹模型应能够反映从起飞、爬升、向巡逻区域飞行、巡逻区域固定模式飞行到返航的整个过程，提供预警机在每一时刻飞行位置的确定方法，需要针对不同型号预警机分别考虑。同时，还需要引入对预警机协同模式的考虑。
6 任务使命
在此基础上，需要考虑预警效能的最大化和均衡问题，最大化体现为预警时间段内每一时刻预警效果之和尽可能大，均衡体现为预警时间段内每一时刻预警效果尽量均匀，两者的综合考虑通过加权实现。
7 预警机协同模式
基于系统架构，设计系统运行流程如图2所示。
2）由上述所得的未加补偿的开环传递函数Bode图可以得出，当频率上升到10 kHz时，增益为-27 dB，因此补偿网络需要在该点处的放大倍数为22.39。
图5 协同模式分类图
8 目标函数设计
该部分包括目标函数和其对应的约束条件两部分。
8.1 目标函数
如图3所示，下部装置本体内侧圆弧与动力钻具紧密贴合，且均匀分布有增摩带和钻井液通道，本体上侧与角差下刻度盘为一体，两侧各有一个固定圆环用于连接链条；上刻度盘与装置本体配合后，再通过限位螺栓固连。下部固定装置结构同上部。
预警机在既定区域巡逻时所受到威胁的程度可以通过巡逻过程中处于各离散点位置时所受到威胁的程度之和来衡量。离散点对应的威胁程度是相对于对预警机有威胁的敌方作战单元而言的，其大小是所受到各敌方作战单元的威胁之和。对于多架预警机协同预警的情况，因为预警机巡逻时自身安全距离的要求，各预警机巡逻区域内的栅格定然不会重合，故而无需考虑对栅格进行重复覆盖时的预警威胁评价方法。
任务使命，即派出预警机前出执行舰艇编队防空警戒巡逻任务的目标，可以体现在时间维度和空间维度。对于时间维度，即对预警机执行巡逻任务的时间长度要求。对于空间维度，即对预警机机载预警雷达覆盖空域的范围或价值的要求，如空域覆盖率等。
该步骤是根据图像处理理论由学生分析题目要求，经教师指导学生讨论后，可知本题目是根据直方图的定义计算并绘制灰度直方图．直方图的定义有２种形式：
根据任务要求，预警机可能需要执行多个巡逻周期的警戒任务，即指挥员需要确定多个巡逻周期分别对应的巡逻策略，这就涉及到单次确定全部巡逻策略或分阶段获取巡逻策略的问题，需要引入对巡逻策略解空间的综合考虑。如果解空间很大，则同时确定多个巡逻策略将导致解空间乘积爆炸，确定出较优巡逻策略组合的可能性将大幅降低，此时建议分阶段确定巡逻策略；如果解空间较小，则可以选择同时确定多个巡逻策略，实现整个巡逻阶段收益最大化的目标。
8.2 约束条件
约束条件应包括原生约束和扩展约束两类。其中原生约束是指对巡逻策略四元组,,,t dφ θ ＜ ＞中各变量的固有约束，如对于起飞时间来说，固有约束体现为起飞时间的最大值和最小值；扩展约束是指根据预警机作战使用进一步总结出的约束，如预警机之间的安全距离约束以及通信约束等。
9 优化函数
根据8.1 节中的分析可以看出，目标函数的求解将是一个NP 完全问题。对于此类问题的求解，通常基于进化算法随机搜索实现，如遗传算法、粒子群算法以及蚁群算法等[2,3,5,6]。在搜索空间较大时，上述进化算法的基本型可能搜索效率偏低且易于陷入局部最优，可以通过改进算法中参数的计算方法和引入并行搜索机制等途径实现对算法的进一步优化。
10 总结
本文通过对舰载预警机防空警戒巡逻策略规划技术的研究现状进行分析，设计了舰载预警机防空警戒巡逻策略规划系统，建立了系统的框架以及运行流程，并对流程中各模块的功能和研究思路进行了详细介绍，本文研究内容可为相关舰载预警机防空警戒巡逻策略规划人员提供框架支持。
本人通过大量临床实践,颈源性头痛患者绝大部分通过“静脉点滴扩血管、改善微循环+神经阻滞疗法”治疗,总有效率达90%以上。神经阻滞疗法的操作较颈2横突注射操作简单,无需C型臂下操作,风险明显降低低,有效率与颈2横突注射操作相比疗效更好。
参考文献：
[1] 胡威标.航空母舰舰载机百问[M].北京:海潮出版社,2011.83-85.
[2] 段晓稳,高晓光,李波.综合作战区舰载预警机防空警戒控制策略研究[J].系统工程与电子技术,20 15,37(9):2035 - 2045.
[3] 段晓稳,高晓光,李波.综合作战区同构舰载预警机巡逻策略分段滚动规划方法研究[J].电子学报,2017,45(6):1301 - 1310.
[4] 王嘉.几种典型机动动作的自动飞行仿真研究[D].西安:西北工业大学,2007.
[5] 戴瑜,汪先超,汤子跃,等.针对重点任务航线保障的预警机航线规划[J].火力与指挥控制,2018,43(4) :62-65.
[6] 吴君辉,刘平,姬伟杰,等.预警机反隐身优化组网模型研究[J].雷达科学与技术,2017,15(5):479 - 482.
Design of Air Defense Warning Patrol Strategy Planning System for Ship-Borne Early Warning Aircraft
DUAN Xiaowen，LI Lin，GUO Liang
Abstract： In order to study in the face of different threats,for the different types of early warning aircraft of different ships belonging to the ship formation,how should the commander formulate the corresponding patrol strategy according to the mission,the air defense warning patrol strategy planning system of the ship-borne early warning aircraft is designed,and the system architecture,operation process,research ideas and functions of the modules in the system are introduced in detail.
Key words： Ship Formation; Early Warning Aircraft; Air Defense; Patrol Strategy
中图分类号： E926
文献标识码： A
文章编号： 1674-7976-(2019)01-024-04
收稿日期： 2018-12-29。
段晓稳（1987-），陕西咸阳人，工学博士，研究方向为航空火力控制、编队作战指挥控制。
标签：舰艇编队论文; 预警机论文; 防空警戒论文; 巡逻策略论文; 中国电子科技集团公司第二十研究所论文;