航空集群协同任务决策方法_王玉冰、吴利荣、王维佳、尹航、张旭东_9787302678410

现代战争的制胜机理正在由以网络为中心向以决策为中心转变，灵活高效的任务决策是上层战术与底层控制策略之间的有机衔接。航空集群作为一种新型分布式空中作战力量，面向高动态、强对抗的复杂战场环境和作战任务，如何根据当前战场态势和作战需求做出兼具灵活性、时效性和鲁棒性的任务决策，是提升航空集群作战能力的关键。
本书针对航空集群任务决策展开研究，通过建立资源能力任务的有效映射，创新性地提出一种基于互为主体的航空集群体系架构和任务决策机制，并针对航空集群典型作战任务中的协同搜索、定位、航迹欺骗和干扰抑制开展了研究和仿真验证。本书全面梳理了航空集群领域的最新研究成果，同时从任务决策角度创新性运用互为主体思想为航空集群作战运用提供创新理论支撑，具备较强的前瞻性、创新性以及实用性。

航空集群由一定数量的单功能或多功能、有人或无人航空平台共同组成，基于交感网络支撑，节点之间通过分布式协同交互完成作战任务，是具有能力涌现特点的空中作战系统。航空集群任务决策是典型的复杂决策问题，大规模作战节点基于交感网络形成有机整体，每个时刻每个平台执行的任务如何决策、功能如何选择、资源如何分配、平台之间如何协同等问题都需要根据战场态势和集群自身状态进行实时调整，如何面向作战需求做出灵活的任务决策，实现节点间的高效协同并完成作战任务，成为制约航空集群作战效能发挥的瓶颈。
航空集群（尤其是无人机集群）作战的任务决策机制水平决定了决策手段的能力上限，影响到作战全过程全要素的决策效果。近年来，无人作战发展正兴。万顷碧波的波斯湾、雄浑壮丽的高加索山脉、落日余晖的第聂伯河，无人机正式走上人类战争的舞台。作为信息通信、人工智能等新兴技术的天然载体，无人机技术及其集群运用飞速发展。从单机到集群，从人类操控到智能自主，无人化作战的大门已然开启。开展博弈对抗环境下的集群任务决策研究，已经成为制衡强敌在分布式空战等体系作战领域技术优势、提高集群作战能力的迫切需要。
在航空集群发展如火如荼之际，我们深切感受到，集群已成为未来空中作战运用的主要样式，相关的概念构想呈井喷式增长，但在理论方法和算法落地上仍然比较欠缺。因此，本书就以航空集群任务决策方法为切入口，针对协同搜索、定位、航迹欺骗、干扰抑制等典型任务，将互为主体思想应用到决策机制中进行探索性研究，给出航空集群协同任务决策方法概论、体系架构、理论方法、典型案例和仿真验证，以起到抛砖引玉的作用。
本书共分8章。第1章为航空集群协同任务决策方法概论；第2章为基于互为主体理论的航空集群体系架构与实现；第3章为航空集群作战任务决策理论及应用；第4章为运用同层互为主体的任务决策，以协同搜索任务为典型案例提升集群搜索能力；第5章为运用跨层互为主体的任务决策，以协同定位任务为典型案例提升集群定位精度；第6章为运用混合互为主体的任务决策，以协同航迹欺骗任务为典型案例提升航迹欺骗效果；第7章为航空集群协同干扰抑制任务决策，提升集群抗干扰能力；第8章为本书结束语。
我们拥抱技术发展、预见未来趋势、跟上时代脉搏，围绕航空集群任务决策问题编著本书，希望与读者共同探讨无人机技术和集群任务决策机制的理论和应用，共同推进领域发展。由于作者的写作时间和水平有限，本书难免存在不足之处，敬请读者朋友们批评指正，衷心希望通过同行之间的交流，引发思考，促进创新！

编者2024年1月

第1章航空集群协同任务决策方法概论1
1.1航空集群及其任务决策意义1
1.2航空集群典型任务及其任务决策方法3
1.2.1航空集群现状3
1.2.2航空集群任务决策方法概述7
1.2.3航空集群协同搜索及其任务决策方法9
1.2.4航空集群有源定位及其任务决策方法12
1.2.5航迹欺骗干扰及其任务决策方法14
1.2.6航空集群协同干扰抑制及其任务决策方法21
1.3本书章节安排26第2章基于互为主体理论的航空集群体系架构与实现28
2.1互为主体的基础理论28
2.1.1互为主体的哲学概念28
2.1.2互为主体在航空集群作战中的理论及内涵30
2.1.3基于互为主体的航空集群作战特点33
2.2基于互为主体的航空集群体系架构的建模方法34
2.2.1航空集群资源与柔性聚合的理论及方法34
2.2.2基于互为主体的信息交互流程架构36
2.2.3基于互为主体的体系架构总体设计案例37
2.3互为主体航空集群的作战运用及范式解析40
2.3.1航空集群一体化作战典型样式40
2.3.2航空集群相对导航原理42
2.3.3航空集群全源融合相对导航原理55
小结61第3章航空集群作战任务决策理论及应用62
3.1航空集群作战典型任务62
3.1.1航空集群任务时序及典型战术分析62
3.1.2集群作战典型任务作战场景简介65
3.1.3航空集群作战远景目标发展67
3.2主体的重构方法68
3.2.1主体重构的类型68
3.2.2主体重构的触发条件69
3.2.3主体重构的基本原则70
3.3互为主体在航空集群典型任务中的运用模式及内涵70
3.3.1同层任务决策模式71
3.3.2跨层任务决策模式72
3.3.3混合任务决策模式74
3.4航空集群作战互为主体任务决策流程详解77
小结81第4章航空集群典型同层任务决策协同搜索82
4.1航空集群协同搜索中的主体选择与转换方法及流程82
4.1.1协同搜索问题分析82
4.1.2主体选择与转换方法84
4.2协同搜索模型构建方法及实现85
4.2.1侦察任务模型86
4.2.2无人机运动模型87
4.2.3无人机传感器模型87
4.2.4无人机自身约束模型88
4.2.5协同搜索约束模型88
4.2.6协同搜索性能指标89
4.2.7目标概率图初始化与更新92
4.3协同搜索算法的基础理论93
4.3.1标准粒子群算法94
4.3.2粒子群算法常见改进方法96
4.3.3粒子群算法拓扑结构99
4.3.4粒子群算法收敛性分析100
4.3.5基本粒子群算法与多智能体理论103
4.3.6合弄结构理论106
4.3.7基于合弄结构的改进分布式粒子群算法110
4.4协同搜索策略基础及分类114
4.4.1基于MDCDPSO的无人机集群协同搜索策略115
4.4.2基于FCODPSO的无人机集群协同搜索策略120
4.4.3基于ACEDPSO的无人机集群协同搜索策略123
4.5仿真验证分析125
4.5.1仿真基础参数设定125
4.5.2MDCDPSO性能分析案例126
4.5.3FCODPSO性能分析案例130
4.5.4ACEDPSO性能分析案例133
小结134第5章航空集群典型跨层任务决策协同有源定位136
5.1航空集群协同有源定位中的主体选择与转换方法136
5.2航空集群协同有源定位模型138
5.3基于CRLB的多发多收最优构型分类及内涵139
5.3.1一发多收最优构型140
5.3.2两发多收最优构型143
5.3.3多发多收最优构型145
5.3.4收发同址最优构型149
5.4基于雷达模糊函数的多发多收波束分析151
5.4.1双基地雷达模糊函数分析151
5.4.2多基地雷达模糊函数分析153
5.5多发多收定位算法与联合优化方法及准则154
5.5.1收发分置三步最小二乘算法154
5.5.2发同址三步最小二乘算法157
5.5.3定位构型与波束联合优化准则160
5.6仿真验证案例162
5.6.1多发多收构型162
5.6.2波束优化选择164
5.6.3定位构型与波束联合优化结果165
小结166第6章航空集群典型混合任务决策定位与航迹欺骗167
6.1航空集群定位与航迹欺骗中的主体选择与转换方法167
6.1.1航迹欺骗问题内涵167
6.1.2定位与航迹欺骗双任务联合优化问题内涵169
6.1.3主体选择与转换172
6.2TDOA/FDOA定位与航迹欺骗联合优化模型173
6.2.1TDOA/FDOA定位模型173
6.2.2航迹欺骗模型175
6.2.3航迹欺骗不确定性预估176
6.3定位/航迹欺骗双任务联合优化方法182
6.3.1基于LOS导引律的航迹欺骗偏差补偿方法183
6.3.2基于FIM的定位构型优化184
6.3.3双任务联合优化流程185
6.4仿真验证案例187
6.4.1虚假航迹设计性能分析187
6.4.2延时转发策略/欺骗距离性能验证189
6.4.3TDOA/FDOA定位与航迹欺骗双任务联合优化性能验证190
小结195第7章航空集群协同任务干扰抑制196
7.1航空集群协同干扰抵制中的主体选择与转换方法196
7.2单航空平台卫星导航抗干扰方法197
7.2.1自适应阵列信号处理模型198
7.2.2空时域卫星导航抗干扰方法202
7.2.3空频域卫星导航抗干扰方法203
7.2.4极化空域卫星导航抗干扰方法207
7.3航空集群分布式协作抗干扰方法210
7.3.1航空集群分布式协作系统210
7.3.2航空集群分布式协作抗干扰流程211
7.4仿真验证案例213
7.4.1空时域卫星导航抗干扰方法验证213
7.4.2空频域卫星导航抗干扰方法验证218
7.4.3极化空域卫星导航抗干扰方法验证221
小结224第8章结束语225参考文献227

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