对地攻击任务规划系统关键技术的研究

摘要

任务规划系统（简称 MPS），是空对地作战指挥系统的核心子系统。在空对地攻击作战行动中，作用于起飞、巡航、突防、对地攻击、返航等各个飞行阶段。任务规划系统为航空兵的对地攻击作战行动编制完整的作战任务计划，是提高对地攻击作战飞机生存力和作战效能的必备手段。国外发达国家的任务规划系统已经成为装备，装备载体涉及了海陆空各个领域。任务规划系统在军事中的重要地位和作用决定了任务规划系统公开、可借鉴的成果非常有限。
　　任务规划系统的系统化研究在国内尚未充分开展，而且，国内相关研究主要集中于任务规划系统的航迹规划和威胁级别量化方法方面。航迹规划方法和威胁量化方法绝大多数是围绕“回避威胁式”战术展开的，主要适合于防空火力稀疏、空地对抗烈度低的突防攻击作战以及无人机、巡航导弹等小型飞行器的突防作战任务规划，其规划过程和结果与现代强火力、高密度、指挥网络化的防空火力体系情况下主要而且必须采用的主动突防策略不匹配，与实际应用还存在相当的差距。目前，国内在基于任务规划系统的航迹规划、威胁量化方法、任务分配技术的一体化理论和完整实践技术研究方面施加的力量也非常薄弱。
　　针对现代高密度、高重叠、高杀伤力的突防环境，并按照主动攻击策略是突防作战飞机实现高生存率和高任务完成率的核心战略的思路，论文明确以服务于主动攻击策略为目标，开展了对地攻击任务规划系统的多项关键技术的研究工作，对威胁评估、航迹规划、任务分配与应用进行了系统、一体化考虑，论文的主要研究工作及创新性成果包括：
　　从攻击作战使用的角度出发，采用突防作战飞机实施“清除式”主动攻击对地面火力完全压制/消灭时所需弹药当量来量化地面火力对空的威胁，提出了基于弹药当量化的威胁级别量化方法，解决了突防过程中机载武器使用量与突防生存率的关系问题，并解决了地空火力系统威胁重叠区处的威胁级别不易量化和量化不准确等问题；
　　同时，提出了基于粗糙集进行威胁排序的解决方法，以解决威胁级别弹药当量化结果相同时地面防空火力系统的威胁排序问题。基于粗糙集的威胁排序方法为地面防空火力系统参数不完备、不易获取条件下的威胁排序提供了一种新的解决思路。
　　基于弹药当量化的威胁级别量化和基于粗糙集的威胁级别排序的综合运用较全面地解决了对地攻击任务规划系统中威胁级别的量化问题，并为实施航迹规划、制定机载武器投放数量和计划，评估作战效果和战术经济性提供了直观量化的工具和基准。
　　论文提出了基于主动攻击任务规划系统对航迹规划的要求，提出并阐述了任务规划系统中航迹规划应满足的规划原则；并以支持和实施现代战争对地攻击中“尽可能回避威胁、若不能回避则对威胁实施打击，打则打弱敌”的突防策略为宗旨，提出了一种基于主动攻击策略的航迹规划算法：建立了针对主动攻击突防战术的全局寻优动态威胁空间搜索树模型；方法中提出通过曲直比有效限定航迹规划域的宽度，将规划航迹的搜索范围同突防的时间要求保持一致，并通过采用飞机机动性能和航迹约束条件形成的机动限制锥的方式进一步缩减了待搜索点的范围，从时间、燃油和整体上控制了航迹搜索范围，从而进一步提高了航迹点的搜索和处理效率；论文同时给出了使用该航迹规划方法的实现过程，提供了应用该方法进行航迹规划时各类情况的解决途径。
　　论文以弹药当量化威胁级别量化和基于主动攻击的航迹规划的研究为依据，对对地攻击任务规划系统中的任务分配和任务计划生成进行了研究：在保证作战任务完成的前提下，以战术经济性为目标，系统地建立了任务分配模型，提出了机载武器发射点计算方法，建立了以主力攻击机的作战方案为核心、与航迹规划紧密结合的主力攻击机、辅助攻击机和伴随电子战飞机的武器投放使用分配模型和兵力资源优化组合模型，实现了实际作战前即能通过任务规划系统对参战飞机和机载武器的类型、数量和油量配备的优化安排，并对主力攻击机和其他各型作战飞机的空中协同时间序列进行了研究，系统规划了可直接用于作战指挥的任务计划书的结构框架和输出形式。基于典型对地攻击任务规划中的实际需求，对本文提出的威胁级别弹药当量化分析方法、基于主动攻击战术的航迹规划方法及任务分配方法的整体进行了实例仿真。
　　最后，针对典型任务规划系统进行了功能需求分析，研究并提出了对地攻击任务规划系统的软、硬件体系顶层架构方案和功能体系模型，旨在为我国发展对地攻击任务规划系统及总体方案研究提供设计依据和参考。

目录

对地攻击任务规划系统关键技术的研究

STUDY OF KEY TECHNOLOGYOF AIR-TO-GROUND MISSION PLANNING SYSTEMS

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪论

1.1 引言

1.2任务规划系统的定义及背景需求分析

1.2.1 任务规划系统的定义

1.2.2 任务规划系统的背景需求分析

1.3 国外任务规划系统的发展状况和特点

1.3.1 国外任务规划系统的发展现状

1.3.2 国外任务规划系统的特点

1.4 发展任务规划系统应解决的关键技术

1.5 课题的意义及研究的主要内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 论文的研究内容

1.6 本章小结

第2章 对地攻击威胁量化方法研究

2.1 引言

2.2 威胁空间的分析

2.2.1 突防面临的威胁因素分析

2.2.2 威胁空间的描述

2.2.3 威胁单元

2.3 雷达安全盲区的分类

2.3.1 地球曲率盲区

2.3.2 地杂波盲区

2.3.3 地形遮蔽盲区

2.3.4 应用雷达安全盲区实施突防的局限性

2.4 威胁空间弹药当量化方法研究

2.4.1 传统突防方式和传统威胁空间分析

2.4.2 主动攻击方式的特点

2.4.3 基于弹药当量的威胁级别量化方法

2.5 基于粗糙集理论的威胁排序方法研究

2.6 本章小结

第3章 基于主动攻击策略的航迹规划方法研究

3.1 引言

3.2 常用航迹规划方法分析

3.2.1 一些纯数学优化方法在航迹规划中的应用分析

3.2.2 航迹规划中的智能规划方法

3.2.3启发式A-Star航迹规划方法特点分析

3.3 基于主动攻击的任务规划对航迹规划的要求和原则

3.3.1 基于主动攻击的任务规划对航迹规划的要求

3.3.2 基于主动攻击策略的航迹规划应遵从的原则

3.4 基于主动攻击策略的航迹规划方法研究及实现

3.4.1 一级航路中间点及航迹规划域的建立

3.4.2 二级航路中间点的确立过程

3.4.3 可飞航迹的生成

3.5 本章小结

第4章 任务分配和任务计划生成研究

4.1 引言

4.2 任务分配的目的、内容和作用

4.2.1 主动攻击方式下的航迹规划和任务分配呈现一体化趋势

4.2.2 任务分配的目的和作用

4.2.3 任务分配的内容

4.3 任务规划系统的任务分配方法研究

4.3.1 对地攻击作战飞行编队的构成和作用

4.3.2 任务分配与空中协同的原则和流程

4.3.3 任务分配计算模型研究及空中协同序列的建立

4.4 任务计划书的编制研究

4.4.1任务计划书的作用

4.4.2 任务计划书的总体框架和输出形式研究

4.5 实例仿真

4.5.1 仿真的输入条件

4.5.2 仿真中的计算过程

4.5.3 仿真结果

4.6 本章小结

第5章 任务规划系统顶层设计

5.1 引言

5.2 任务规划系统的使命任务与功能分析

5.2.1 解析任务规划系统顶层设计的必要基础

5.2.2 典型任务规划系统的功能需求分析

5.3 任务规划系统的总体设计原则

5.4 任务规划系统的顶层体系架构方案设计

5.4.1 任务规划系统的硬件结构方案设计

5.4.2 任务规划系统的软件功能体系模型设计

5.5 任务规划系统的工作模式

5.6 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历