水下多平台协同突防航路规划算法研究

摘要

海上攻防对抗中，使用水下平台打击敌方编队时，多采用发射导弹的方式对敌方进行攻击。在攻击前，需要分析发现敌方布局中的弱点，保证导弹攻击时可切断敌方整体的协调部署，完成对敌逐步击破。此外，为确保攻击效果，需要对导弹航路进行合理的规划，以保证时间及空间协同，实现对敌最大毁伤。 本文首先从敌方整体布局的角度出发，提出了基于谱聚类的网络抗毁性测度分析方法。针对航路规划问题，提出了基于RRT（快速扩展随机树）的量子遗传航路规划算法(QG-RRT)及基于双向RRT的量子遗传航路规划算法(QG-BRRT)。同时，在这两个算法的基础上，选择通过预设目标点的方式进行多航路规划。论文主要工作如下: 首先，阐明了本文的研究背景和意义，总结当前网络抗毁性测度及导弹航路规划问题的研究现状。另外，针对要解决的问题，给出了论文中用到的相关基础理论。 其次，本文提出了一种基于谱聚类的网络抗毁性测度分析方法。不同于传统的试探性攻击，本文中的方法实现了从整体的角度确定网络薄弱连接。该方法通过分析网络节点的邻接情况，选择表征网络节点局部及整体的特征，构造各节点属性信息表并计算各属性权重。通过计算得到的属性信息表及属性权重，再结合网络的邻接矩阵构造网络节点间相似矩阵。对于该相似矩阵，借鉴谱聚类思想对网络节点进行聚类，得到聚类结果及类间节点关联边。通过这样的方式找到网络的薄弱连接边。之后，通过几个典型的网络模型验证了该方法的可行性。 最后，在RRT和双向RRT算法的基础上，借鉴量子遗传算法的思想，提出了基于RRT的量子遗传航路规划算法(QG-RRT)以及基于双向RRT的量子遗传航路规划算法(QG-BRRT)。解决了RRT及双向RRT算法随机性强，规划出的航路过于冗长的问题。文中通过设定的场景对提出的算法进行了验证。针对多航路规划中航路存在交叉的情况，为保证导弹航路规划中的空间协同，本节在提出的QG-RRT及QG-BRRT算法基础上，通过预设目标点的方式进行改进。对改进的方法利用实验进行仿真，验证了方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文的研究背景及意义

1．2课题研究现状

1．2．1网络抗毁性测度研究现状

1．2．2导弹航路规划方法研究现状

1．3本文的主要工作

第2章网络抗毁与航路规划基础知识

2．1引言

2．2图与谱聚类的基础知识

2．2．1网络拓扑模型及性质

2．2．2网络拓扑的图论表示

2．2．3属性重要度评估

2．2．4谱表示

2．2．5 FCM聚类

2．3．1航路规划问题数学模型

2．3．2航路规划要素及约束

2．3．3航路规划的经典算法

2．4本章小结

第3章网络抗毁性测度研究

3．1引言

3．2网络抗毁性测度

3．2．1问题转化及模型建立

3．2．2节点重要度表征

3．2．3属性重要度权值

3．2．4相似矩阵构造

3．2．5网络抗毁性测度

3．3实验与分析

3．4本章小结

第4章基于RRT的量子遗传航路规划算法

4．1引言

4．2问题分析及模型建立

4．3量子遗传算法

4．3．1量子比特编码

4．3．2量子门更新

4．4基于RRT的量子遗传航路规划算法

4．4．1障碍物的处理

4．4．2初始航路的编码和译码

4．4．3航路的进化

4．4．4量子旋转门

4．5基于双向RRT的量子遗传航路规划算法

4．6实验与分析

4．6．1基于砌江的量子遗传航路规划算法

4．6．2基于双向砌汀的量子遗传航路规划算法

4．6．3多航路规划

4．7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢