编队方法范文

编队方法范文（精选9篇）

编队方法 第1篇

编队协同干扰可以看作为一个基于协同的多阶段多指标系统, 运用多目标模糊优选动态规划理论可以有效的解决该问题。从1965年Zadeh提出模糊集概念, 建立以模糊集合论为基础的模糊数学开始, 许多人在该问题上作出了不少的努力, 但都存在一定的局限性。文献等在导弹数量一定的情况下分别探求火力分配和雷达干扰资源分配的单一资源的优化问题。文献考虑到各阶段之间存在着协同, 探求了基于协同的多阶段多目标动态优化方法, 但只研究了比较简单的协同情况。

1 模糊优选动态规划模型的建立

编队协同干扰决策模型的建立分为三个步骤: (1) 对干扰指标进行评价, 建立指标隶属度矩阵, 得到可行方案的隶属度; (2) 综合处理局部优选数据, 得到暂定最优方案集; (3) 使用动态规划建立指标合成值矩阵, 得到最优方案集。

1.1 评价指标隶属度矩阵模型

k阶段对应n个策略、m项指标, 则这n个策略组成的指标合成值矩阵为Vk (Sk) 。

由于m个指标的量纲不同, 方案的优劣是相对于该个策略而言的, 比较具有相对性, 所以为了消除这些影响, 根据查德隶属度公式, 采用与该公式比较相近的公式结构, 对矩阵Vk (Sk) 进行规格化处理, 使得结果在之间, 将上述矩阵中的值转化为对应的隶属度值, 进而生成对应的指标隶属度矩阵Rk (Sk) , 公式如下

上式中, rij (Sk) 表示方案j的第i项指标值的相对优属度, 则指标隶属度矩阵Rk (Sk) 。设gi (Sk) 为指标i的相对优等策略, bi (Sk) 为指标i的相对劣等策略, 当确定指标权重w后, 根据式 (2) 可求得所有n个策略的隶属度u={u1, u2, , un}。

其中, j={1, 2, , n}。

1.2 评价指标暂定最优方案集模型

根据最优原理, 由mac{uj (sk) }所对应的策略可得k阶段状态Sk的暂定最优决策dkt, 与之相对应的状态为暂定最优状态Skt, 同时得到暂定最优目标合成向量为Fk (Skl) 最终阶段K的目标合成值矩阵可表示为Fk (Sk) , 运用上式 (3) 可求出K阶段的暂定最优状态对应的隶属度。

1.3 方案优选动态规划模型

编队协同干扰方案决策可以看作多阶段的动态规划系统。设多阶段系统共包含K个阶段和m项指标, 本文采用前向动态规划方法求解。前向动态规划方法的特点是从第1阶段开始, 向后顺序递推, 根据动态规划最优化的原理得到干扰决策动态规划模型为 (12) :

Hk (Sk, dk) 表示阶段k状态为Sk时决策dk的m项指标值组成的向量, 上标t代表暂定最优。

根据上节中max{Ft (Sk*) }所对应的状态即可求得全局真实最优状态Sk*, 整个系统的最优决策集即为d1*, d2*, L, dk*。

2 基于协同的多阶段多指标系统模糊优选模型

在编队干扰过程中, 协同度可表示为各阶段不同干扰方案之间的一种和谐一致。

令为对于第项指标, 第s阶段取第i项策略与第t阶段取第j项策略时的协同系数, 则

由上式可知, aij的取值范围为[0, 1].aij=0, 表示第i项策略不会影响第j项策略的指标值;0

不同策略i与j之间的协同度矩阵可表示如下:。

因此, 当考虑不同阶段的干扰方案之间的协同关系时, 公式改为:

3 实例分析

作战想定:我们舰艇编队使用四种干扰样式进行干扰, 过程划分为四个阶段。在干扰过程中, 希望综合的抗导概率高, 使用的干扰资源少且干扰时间长。不同阶段不同干扰方案的相关数据如表1所示。

设指标权向量为。

(2) 阶段k=2, 取阶段1的S11=1为暂定最优决策, 并作为第二阶段的输入, 得到隶属度为, 则第二阶段使用冲8干扰方式。依次求阶段3和阶段4, 即可求得相应的暂定最优指标合成值。

(3) 在阶段1时从暂定最优状态S12=2, S13=3, S14=4进行递推, 求得相应的暂定最优指标合成值, 得到最优决策方案。

根据指标权重的不同, 得到的最优方案也不同, 结果如表2所示。

通过对上表的结果进行分析比较, 可以看出:

(1) 是否考虑阶段之间的协同问题, 对决策结果是有影响的。在权重为 (0.3, 0.6, 0.1) 时, 由3-1-1-1变为3-1-2-3, 选择了协同影响较小的决策, 尽量减少协同影响造成的对下一阶段的成功概率的下降。

(2) 当资源消耗指标权重比较高时, 可发现反舰导弹的命中概率很高且干扰时间很短, 所以资源消耗所占的比重不宜过高, 否则影响成败结果。

4 结语

本文将模糊优选理论与动态规划原理结合起来得到全局最优方案集, 为编队干扰决策方法提供了一种解决问题的新思路, 并进行了仿真。但本文的研究还是初步的, 后续还需在协同问题上进行进一步的研究。

参考文献

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[4]L.A.Zadeh.Fuzzy sets as a Basic for a Theory of Possibility[J].Fuzzy sets and Systems, 1978, 1:3-28.

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[6]胡宝军.舰艇雷达干扰资源中的多目标模糊优选分配[J].舰船电子工程, 2007, 27 (2) :165-167.

[7]林乔木, 唐少伯.地多目标模糊优选动态规划在舰艇雷达干扰资源分配中的应用[J].系统工程与电子技术, 2007, 29 (3) :396-398.

[8]王红军, 迟忠先.基于协同的舰载软硬武器反导决策优化[J].控制与决策, 2007, 22 (3) :299-303.

[9]阮旻智, 李庆民, 于志良.基于多阶段多指标的编队干扰方案协同决策研究[J].系统工程与电子技术, 2009, 31 (6) :1404-1408.

[10]董奎义, 毕爱红.编队协同反导决策方案优选[J].现代防御技术, 2012, 40 (1) :104-109.

[11]El-sharkh M Y, El-Keib AA.Maintenance scheduling of generation and transmission systems using fuzzy evolutionary programming[J].IEEE Trans on Power Systems, 2003, 18 (2) :862-866.

编队方法 第2篇

分布式卫星编队构形受大气摄动的影响会产生沿航迹方向的相对漂移.通过合理的面质比调整,可以降低漂移,提高构形稳定性.基于包含周日效应的大气密度模型,研究了编队卫星轨道能量耗散的.差异,进而指出大气摄动引起的构形漂移与构形初始相位、以及轨道面和太阳密度周日峰方向夹角之间存在的关系.给出解析形式和数值方式2种面质比调整方法,并对后一种方法进行了仿真.仿真结果显示,利用文中给出的面质比调整方法,能够大大提高构形的稳定性.

作 者：郝继刚 张育林 Hao Jigang Zhang Yulin 作者单位：郝继刚,Hao Jigang(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙,410073)

张育林,Zhang Yulin(清华大学宇航技术研究中心,北京,100084)

编队方法 第3篇

航迹起始作为多目标跟踪理论中的重要组成部分[1], 是建立新目标档案必不可少的决策环节, 包括航迹初始化与航迹确认2部分。将编队目标作为一个整体来跟踪同样需要航迹起始。由于编队目标跟踪是以编队中心目标的量测为量测, 所以, 编队目标航迹起始的先决条件就是首先要找到编队目标的中心量测。因此, 如何找到编队目标的中心量测就成为实现编队目标航迹起始的前提。

但是, 在航迹起始阶段雷达难以分辨出哪个量测是编队目标的中心量测。因此, 文献[3]给出了K-方法和集群引晶的航迹起始方法。这2种方法虽然解决了编队目标的中心量测问题, 但其存在收敛缓慢、计算量大以及要求的前提条件苛刻等问题。为此, 本文提出了基于编队目标重心的航迹起始方法。

1 K-方法与集群引晶群起始方法分析

文献[3] 给出了基于距离信息求解编队目标中心的K-方法以及基于集群引晶方法。K-方法是:以第一个采样作为集群中心;然后求出所有采样值中与集群中心距离最小的那个回波, 并将其并入K集群;求出包括并入回波后的新中心;再用此新中心重复上述过程, 使得所有回波依次并入K集群, 直到中心值收敛于某一特定值。

K-方法存在的主要问题是:需要给出作为起始条件的编队目标数量;收敛缓慢;噪声会影响编队目标起始的正确性。其中第一个条件是非常苛刻的, 因为编队目标数量是未知或跟踪过程中变化的, 这就要求辅助图表等手段求解K的值, 但是需要耗费很长的计算时间, 从而实用性较差。基于此, 作者又提出了无需预先知道集群数量多少的算法, 即集群引晶 (Cluster-seeding Method) 方法。

集群引晶的基本思想是设立一个已知的门限来识别群及其成员, 其主要步骤是:取第一次采样为集群中心;设立一个门限值T (大于零) ;计算下一周期采样值与本周期所有集群中心的距离, 采用值大于T, 则作为新的集群中心, 否则并入距离最小的集群;并入回波的集群构建新的集群中心。

集群引晶算法的效能取决于门限值[5], 该值一般取决于集群的特性或任务的要求。集群引晶的优点是精度高、计算时间短、受干扰影响小及不需要已知集群数量。不足是回波顺序影响集群形成, 甚至出现错误的结果。解决办法是检验集群间的距离与门限值的大小, 小于门限值时合并为一个集群。这种方法需要多花费一些时间。

事实上, 上述2种方法都没有考虑一种特殊情况:当第一次采样的回波距离雷达很近且是一个孤立的点、而真正的集群却远离了这个点时, 这2种方法不只是耗时的问题, 而是不可实现的。因此, 必须寻求一种起始效率高、容错能力强、简洁易行的编队目标起始算法。

2 编队目标航迹起始方法

2.1 分群检测

为了实现编队目标的航迹起始, 就必须确定哪些目标是编队目标。为此, 首先要对目标进行分群检测。

编队目标分群检测的基本思想是:以适当的距离门限为可关联空间距离, 把监视空间内的所有有效回波按照此门限分为若干点迹集合, 将小于该门限的点迹合并为编队目标。

简言之, 编队目标航迹起始就是首先将监视区域内的有效回波按照一定门限值粗分为若干点迹集合;以点迹集合重心为量测起始航迹, 并不断地把满足门限值且方向基本一致的点迹合并进来形成编队目标。

2.2 编队目标重心形成与航迹起始

一个完整的点迹报告包括:雷达时间和发射波束位置参数;该发射波束的回波经过采样和检测门限后的点迹数量;每一个点迹的空间位置参数;有些雷达点迹中还包括多普勒速度信息。也就是说在雷达数据录取器提取的点迹信息在没有送入雷达数据处理器前, 仍然包括雷达信号幅度和多普勒信息[4]。如何利用这些点迹的幅度信息就是下面将要研究的内容。

由于任何战术群以编队形式飞行都只是一个过程而非目的, 通常飞行过程中会有新成员合并到编队中来, 而接近待攻击的目标时很可能有的成员分离出去 (当然也包括虚警和漏检等情况) 。对于编队目标跟踪如果仍然采用点迹凝聚技术进行距离与角度的凝聚, 不仅压缩掉了合并进来的目标回波, 同样无法给出分离出去目标的航迹。因此, 点迹凝聚技术无法直接应用于编队目标的航迹起始和跟踪。

为此, 编队目标重心形成方法在借鉴概率数据关联算法全邻思想的基础上, 利用目标回波幅度信息求解每个目标回波的权值, 最终给出编队目标重心。

采用卡尔曼滤波器, 并设目标状态方程和量测方程分别为:

undefined。 (1)

undefined。 (2)

式中, undefined为目标状态向量;undefined为量测向量;undefined、undefined分别为互不相关的状态噪声和量测噪声, 其协方差矩阵分别为undefined和undefined;undefined及undefined分别为状态转移矩阵、输入矩阵和观测矩阵。

假设undefined为一个雷达周期中得到的第i个量测, Ri, αi, βi, Ai分别为第i个量测undefined的距离、方位、俯仰位置值和原始回波幅度值。编队目标第i个量测的权值为:

undefined。 (3)

编队目标重心为:

undefined

undefined。 (5)

式中, undefined为编队目标重心;undefined为第i个量测;undefined为服从均匀分布的白噪声。

点迹相关与凝聚处理也称MTD后处理技术, 其综合利用了目标回波的幅度值、角度、距离和多普勒信息, 对目标回波进行相关判断和凝聚处理, 以求对所覆盖区域内每一个目标在每个扫描周期内只产生单一的精确点迹报告, 并且有效抑制虚假点迹报告, 提高点迹的距离和角度估值精度, 从而改善从杂波中检测目标的能力。它是对单个大目标或近距离目标多回波或多散射点的处理方法。由于编队目标的重心既利用了位置信息, 又利用了幅度或/和多普勒信息, 因而, 重心跟踪要比质心跟踪更加稳定。

至此得到了编队目标的重心等效量测, 下一步就可以使用等效量测进行航迹起始。

在求得编队目标重心的基础上, 采用三判二准则实现编队目标的航迹起始。假设编队目标的速度为V0, 雷达周期为T, 以V0T为门限值, 以undefined为中心, 满足

undefined, (6)

即为该编队目标的重心。满足三判二准则的情况下, 即可以转入编队目标跟踪阶段。

3 结束语

针对K-方法和集群引晶群起始算法存在的需要已知目标数量、起始效率低、门限未知和依赖于回波顺序等不足, 提出了基于编队目标重心的航迹起始方法:首先进行分群检测以确认、形成编队目标;再利用目标回波幅度信息分别求解出编队目标的重心;最后以编队目标重心为等效量测实现编队目标航迹起始。该方法相对于K-方法和集群引晶起始方法增加了分群检测预处理, 具有起始效率高、不需要已知目标数量以及不依赖于回波顺序等优点。仿真结果验证了方法的正确性与有效性。

参考文献

[1]蔡庆宇, 薛毅, 张伯彦.相控阵雷达数据处理及其发展技术[M].北京:国防工业出版社, 1997.

[2]BINIAS G.Computer Controlled Racking in Dense Target Environment Using a Phased Array Antenna[J].IEE Conference Publication Number155Radar, 1977 (6) :155-159.

[3]TOUJ T, GONZALEZEZ RC.Pattern Recognition Principles[M].London:Addison-Wesley Publishing Comp., 1974:21-23.

无人机编队飞行问题初探 第4篇

无人机编队飞行问题初探

回顾了国内外无人机的发展历史和近年来的发展趋势,简要介绍了无人机在军事、国民经济和科学技术方面的作用.分析了单架无人机执行任务时面临的`问题和编队飞行的优势,介绍了国内外在无人机编队飞行方面的研究状况,同时对保证无人机编队飞行的关键技术进行了探讨和分析.

作 者：朱战霞 袁建平作者单位：西北工业大学,航天工程学院,陕西,西安,710072刊 名：飞行力学 ISTIC PKU英文刊名：FLIGHT DYNAMICS年，卷(期)：21(2)分类号：V279关键词：无人机 编队飞行 关键技术

编队多目标运动特性分析 第5篇

逆合成孔径雷达 (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) 可以对目标进行全天候、全天时和远距离观测, 获取目标的高分辨图像, 从而可以对目标进行识别[1]。现代战争中, 雷达需要处理的常常是密集的多目标 (如飞机编队突防、弹道导弹的多弹头等) , 多目标具有更强的危险性和更广的破坏力, 因此有必要对多目标的情况加以研究。

目前多目标ISAR成像主要有多目标分离成像和多目标直接成像两种思路[2]。前者[3,4]主要采用两种方式, 一种是对多目标回波进行平动补偿后进行粗成像, 根据多目标粗成像的结果对目标进行分离;另一种是利用多目标平动不同而导致其多普勒调频率或者距离走动率不同, 对多目标的回波直接进行分离。后者[5]主要是采用各种基于时频变换的距离-瞬时多普勒成像方法对多目标进行成像。

针对编队飞行目标的成像问题, 本文从目标的距离公式出发, 对点目标、面目标以及编队目标的运动特性进行了由浅入深的分析。从而为编队多目标的成像问题提供了可供借鉴的理论依据。

1 点目标距离特性分析

为了更有效地研究多目标成像, 这里首先对单个点目标的距离特性进行研究。图1为散射点模型, 不失一般性, 假设 (X0, Y0) 处有一个散射点, 且为成像的基准点, 雷达与坐标原点的距离为R0, 散射点的速度大小为v, 其方向与X轴的夹角为θ, 假设在整个成像时间内, 雷达始终照射到散射点, 则某时刻t雷达与目标散射点的瞬时距离为:

由于成像时间一般较短, 目标的速度也不会很快, 即|vt|<<R0, 同时目标的尺寸也不会很大, 即|X0|<<R0, |Y0|<<R0, 将上式在t=0附近作泰勒级数展开, 省略t的三次项及以上的高次项, 则式 (1) 可近似为:

下页图2给出了单个点目标的近似距离与真实距离的差, 从图中可以看出, 在2 s时间内, 近似距离与真实距离的差比较小, 利用二阶近似已经足够。R0越远, 误差越小。

散射点的多普勒频率和多普勒调频率分别为:

2 面目标距离特性分析

上面分析了单个点的运动特性, 下面继续对面目标的运动特性进行分析。假设目标的尺寸大小为ΔXXΔY, 则由式 (3) 可以计算出不同点的多普勒频率和多普勒调频率。表1、表2给出了不同尺寸不同点的多普勒频率和多普勒调频率。

从表中可以看出, 同一个目标的多普勒调频率变化不是很大, 这就为同时补偿距离弯曲提供了条件。

3 多目标距离特性分析

进一步对多目标的运动特性进行分析。表3、表4、表5对不同间距的3个目标的多普勒频率和多普勒调频率进行了分析。

从表中可以看出, 不同目标的多普勒调频率变化也不是很大, 这就为同时补偿距离弯曲提供了条件。对于目标的包络弯曲可以采用广义二阶keystone变换[6]对其进行校正。另外对于多普勒频率也可以利用多普勒中心对所有的目标进行统一补偿。当然也可以利用经典的Keystone变换方法等对剩余的目标速度进行补偿。最后对于方位成像可以采用各种瞬时成像方法进行。

4 结语

多目标回波具有其特殊性, 本文从编队目标的运动特性的视角入手, 由浅入深, 对点目标、面目标和编队多目标的运动特性进行了深入分析, 对编队目标成像处理的特殊性进行了阐述。最后给出了可以采取的成像方法, 具有一定的指导意义。

参考文献

[1]Chen C C, Andrews H C.Target-motion-induced Radar Imaging[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1980, 16 (1) :2-14.

[2]李亚楠, 付耀文, 黎湘.多目标ISAR成像研究综述[J].信号处理, 2009, 25 (7) :1 092-1 096.

[3]王洋, 陈建文, 刘中, 等.多运动目标ISAR成像方法研究[J].宇航学报, 2005, 26 (4) :450-454;475.

[4]陈文驰, 邢孟道.基于Keystone变换的多目标ISAR成像算法[J].现代雷达, 2005, 27 (3) :40-42;46.

[5]陈文驰.一种适用于编队目标的ISAR成像处理实现方法[J].电子学报, 2006, 34 (6) :1 119-1 122.

一年级新生体育编队的点滴妙招 第6篇

一、重视“开场”, 融洽感情

“亲其师, 信其道。”心理学研究表明, 在师生感情和谐融洽的基础上去教育学生, 其可接受性最强, 教学的效果也最佳。一年级的新生刚入学, 对于新的环境、新的课程都抱有一种新鲜感和好奇心, 教师应及时地抓住新生的这一心理特征, 在第一次课堂教学时, 精心设计一个“开场白”, 力求做到趣味化、儿童化, 使学生对老师产生亲近感。 (1) 带着童心:教师面带微笑进入教室, 以略带夸张的肢体动作进行自我介绍, 消除学生的紧张情绪; (2) 运用童言:以诙谐的语言, 采用儿歌、口诀、顺口溜等学生乐于接受的形式进行课堂教学, 增进师生之间的亲切感; (3) 采用童行:根据儿童模仿性强的特点, 运用体态语言, 采用接近儿童的形象化动作, 以引起学生的兴趣和注意, 给学生提供必要的感性认识。教师灵活掌握以上几点, 对学生导教、导行, 使新生意识到自己时刻都得到教师的关心、注意, 他们自然会尊敬、爱戴教师, 从而形成融洽的师生关系, 激发学生对体育学习和体育锻炼的兴趣。

二、创设情境, 巧妙编队

在进行编队练习中, 教师首先应善于创造良好的课堂情境, 创设身临其境的情境教学环节, 将知识技能教学融于愉快的气氛之中, 形成乐学的氛围, 引导学生主动地学习, 积极地参与, 忘我地投入。

1. 故事引导, 激发兴趣, 向往编队

小学低年级儿童都非常喜欢听故事或讲故事。教师在课堂教学的“开场白”时以故事导入, 有目的地引导学生, 同时也不失时机地贯穿思想品德教育。如《一面国旗的故事》“东方神鹿”王军霞在美国亚特兰大举行的第26届奥运会上力克群雄, 一举夺得5000米比赛金牌, 身披美籍华人赠送的国旗忘情地奔跑着故事讲完以后, 教师可及时启发、加以引导, 让学生知道, 他们从小不但要好好学习文化知识, 而且还要有强健的身体, 长大才能报效国家, 幸福、快乐地生活和工作。告诉他们, 从今天开始要认真上好体育课。现在体育课学练的第一个内容是排队, 并适时地提问学生:“小朋友有没有信心在教师的带领下排好队?我们来比赛, 看哪组小朋友队排得又快又好。”这样在教师的引导下使学生对编队产生浓厚的兴趣和积极的向往。

2. 直观教学, 提高兴趣, 初步编队

低年级学生感知事物以直接视觉、听觉为主, 因此应以直观方式教学为好。教师将课前准备好的“道具”、有图案的画、幻灯片或课件, 借助于黑板、幻灯或电脑展示出来。如不同色彩的几何图形、精神抖擞的军队模型等, 在幻灯机上进行变幻演示, 利用给学生观看国庆阅兵录像, 让学生直观地形成编队的概念, 开阔其眼界学生对此有浓厚的兴趣, 不仅能准确理解动作要领、编队的意义目的, 而且个个都跃跃欲试, 达到了进一步提高学生编队的兴趣的目的。

3. 模仿动物, 发展兴趣, 巧妙编队

低年级学生的体育兴趣是从模仿开始的。教师根据儿童的这一心理特征, 将全班学生扮演不同的角色, 进行巧妙编队。一般来说, 体育课上学生站位是男女各两队。而学生在室内的座位大多分为四个小组, 男女同桌上课。根据学生在室内座位的情况, 教师首先在室内把两个小组扮演成“青蛙”队, 再按性别分成两小队, 即男生“青蛙”队和女生“青蛙”队;最后是按学生身高依此排队编号。如男生“青蛙”1号、2号、3号女生“青蛙”1号、2号、3号同样教师把室内另外两小组学生扮演成男女“小鱼”队, 接着教师把已准备好的“青蛙”和“小鱼”头饰分别给每队排头的学生带上, 学生以纵队站立 (四路纵队) 。形象逼真、色彩鲜艳的头饰很吸引学生, 从而使每个学生很快记住自己是哪队的 (青蛙或小鱼男生或女生) 几号。就这样, 教师带领学生在室内一队一队地反复练习, 学生非常感兴趣, 都能模仿各自的“角色”跳啊、蹦啊、游啊, 在各组的课桌间隔处站好队, 这样全班学生很少发生站错队的现象, 同时又培养了学生遵守纪律、团结协作的良好精神风貌和社会适应能力。

4. 巧用游戏, 培养兴趣, 巩固编队

舰艇编队通信电子防御的效能评估 第7篇

在信息化战争中, 通信系统面临的首要问题已不是能不能通, 而是能不能生存。海湾战争后, 美军就叫嚣“不允许对手拥有电磁空间”。只有充分认识到通信电子防御在信息化战争中的重要作用, 发挥它的最大效能, 才能确保通信网络能在敌我较量中生存下来。

对舰艇编队通信电子防御进行效能评估, 是对舰艇编队通信电子防御体系作战能力的评价与估量, 有助于指导部队在通信电子防御中选择最合适的战技术措施, 来达到最理想的防御效果。

2 效能评估概述

效能评估是根据影响系统效能的主要因素, 运用一般系统分析的方法, 在收集信息的基础上, 确定分析目标, 建立综合反映系统达到规定目标的能力测试算法, 最终给出衡量系统效能的测度与评估, 被广泛地用于军事、科研、制造行业, 用于评估工程、项目等执行结果的优劣和好坏。

效能评估的具体流程如图1所示。

3 舰艇编队通信电子防御效能指标体系

效能指标体系要能够全面、科学、客观地反映体系的主要方面。指标的选取一般要遵循的基本原则有最简性、可测性、客观性、完备性和独立性。

通过分析舰艇编队通信系统及通信电子防御体系的功能和结构特点, 建立了如表1所示的舰艇编队通信防御体系效能评估指标体系。

4 效能评估方法及其选取

目前对于系统效能评估的分析方法已有很多种, 适用的领域和行业不同, 各有优缺点。目前使用较多的主要有几种评估方法:层次分析法 (AHP) 、ADC分析法、系统效能分析法 (SEA) 、模糊综合评估法和熵权法。

考虑到舰艇编队通信电子防御效能评估的指标体系会涉及较多的影响因素, 既有主、客观因素, 这些因素又由多个子因素组成, 本文选择由一种方便实用的主观赋权法─层次分析法和一种具有代表性的客观赋权法─熵权法相结合的组合赋权法作为效能评估方法。

这种组合赋权方法的算法流程如图2所示。

5 舰艇编队通信电子防御效能评估及结果分析

在不同的实际情况中, 编队所开通的通信网络数量不同、启用的通信设备不同、通信组织方法不同、使用的通信电子防御措施不同等, 效能评估的指标参数也会发生变化, 直接影响评估结果差异。

假设舰艇编队在某次任务中执行某通信电子防御方案, 对执行情况进行效能评估。

5.1 方案指标值计算

经过计算和邀请专家打分, 得到该方案的指标值矩阵R为:

R=[1, 0.4, 0.9994, 0.744, 0.8, 0.3485, 0.5, 0.6, 1, 0.8, 0.6, 0.8, 0.9, 0.9, 0.6, 0.6]。

5.2 权重计算

(1) 层次分析法计算指标主观权重

综合专家意见构造舰艇编队通信电子防御体系的两两判断矩阵, 并根据判断矩阵求主观权重。

采用和积法计算指标权重, 得到全部二级指标的主观权重值:

(2) 熵权法计算指标客观权重

经matlab计算得二级指标的客观权重值:

(3) 组合权重

经matlab计算得两种赋权方法的组合系数为x1=0.5, x2=0.5。

则组合赋权权重为:

5.3 效能评估值

将指标值矩阵与组合权重矩阵相乘计算得, 该方案的效能值为0.8998。

5.4 评估结果分析

(1) 不同方案会因为所采取的措施不同而导致最终的效能值有所不同, 但选择方案时也不能一味地只考虑效能值, 还是要通盘考虑, 从效能值高的方案开始, 不能使选择的方案里在某些单项效能过低, 影响作战效果。

(2) 该方案效能值差强人意, 采用了小功率通信和信号通信, 但由于未采用定向通信, 通信电子反侦察效果不好, 且大部分通信方式被干扰而无法使用, 使得通信容量满意度较低, 需要对该方案作出较大改动。

6 结束语

本文对舰艇编队通信电子防御的效能评估进行了简要的研究, 确定了指标体系、选择了组合赋权评估法, 就拟制的一个假设方案进行了效能评估, 并对结果进行了分析和说明, 以期能对舰艇编队通信电子防御有一定的指导意义。

摘要：本文将探讨舰艇编队在信息化条件下海上战场的通信电子防御效能评估, 选择评估方法和建立指标体系, 并进行简单的效能评估, 对评估结果进行说明。

关键词：舰艇编队,通信电子防御,效能评估

参考文献

[1]董尤心, 张杰, 唐宏, 苏凯.效能评估方法研究[M].北京:国防工业出版社, 2009.

[2]杨小牛.通信电子战——信息化战争的战场网络杀手[M].北京:电子工业出版社, 2011.

编队方法 第8篇

航母在现代海军作战中起着至关重要的作用, 是国家海上军事力量的核心组成部分, 是夺取海上制空权和制海权、实现全球战略和战术目标的关键所在。不论在战时还是平时, 航母既可担负多种战略任务, 又可实施灵活多变的战术攻击任务。

航母的海上行动以航母编队方式进行。航母作为编队的中心, 与各种作战舰艇、辅助舰艇以及搭载的战斗机、预警机等一起组成海上战斗群。航母编队还可能与空军、陆军等协同作战, 成为海陆空一体化联合作战的战斗群。

航母活动远离海岸, 要与岸基指挥所、其他舰艇以及空中飞机保持联络, 需要实时准确地传递指挥控制、战场态势等战略战术信息。因此, 航母编队通信系统是完成协同作战任务不可或缺的一部分, 是航母编队作战和指挥的中枢, 也是夺取战争最后胜利的关键。本文以防空战为例, 利用OMNeT + + 建模仿真软件, 对航母编队通信系统进行建模仿真, 并对仿真结果进行分析。

1 OMNeT + +

OMNeT + + 软件是一种开源的、基于组件的、模块化的和开放的建模仿真平台。可进行通信系统模型仿真、协议仿真、硬件体系结构验证、复杂软件系统性能评估以及任何其他离散事件驱动应用的建 模与仿真。具体仿真步骤如下:

①建立网络拓扑文件, 定义本仿真实例的网络拓扑结构;

②建立节点模型, 使用C + + 语言实现各节点模型中各模块的功能;

③建立一个omnetpp. ini, 通过这个文件告知仿真工具目前所仿真网络的名称, 还可以通过这个文件改变网络模块中参量的值, 而不必重新编译;

④编译、链接这些文件, 生成可执行文件, 并运行该仿真程序;

⑤记录仿真程序运行情况, 并根据运行结果图中的数据分析网络性能。

2 航母编队通信系统建模

一个典型的航母战斗群通常编配有航空母舰、若干艘护卫舰、驱逐舰、巡逻舰以及舰载飞机。航母编队借助于飞机的高度机动性, 把控制区域扩大到方圆几百海里的范围。航母编队的作战被划分以下几种海战职能: 防空战、反舰作战、加强反潜战、战区反潜战、战略反潜战、攻击战、两栖作战、空间和电子战、水陆两栖作战及反导作战等。

以防空战为例, 对航母编队通信系统进行建模仿真, 分析其在海战中的应用情况。防空战是航母编队对攻击机、轰炸机空中发射、海上发射和岸基发射的反舰导弹的防御。防空战的作战半径大于400 km ( 220 n mile) 。在防空战中, 航母上的海军战术数据系统 ( NTDS) 通过目标数据处理器来处理联络报告, 并通过Link11数据链交换和分发数据。一般情况下, 威胁源首先由预警机或哨舰发现, 通过Link11数据链, 将威胁源动态数据传给NTDS的各个节点。空战中, 在预警机与战斗机间靠Link4A数据链实现双向数据交换或由地面向中央处理机传送指令。防空战各个分队的详细通信示意图如图1所示。

3 通信系统仿真

3. 1 仿真场景设计

航母编队通信仿真系统由岸基指挥所和海军通信站以及航母编队组成, 航母编队包括航空母舰、护卫舰艇编队、哨舰、预警机和战斗机等。

航母编队通过Link11数据链完成舰艇编队各节点监视信息、状态信息等平时信息的交换和分发。当发现异常情况时, 由预警机和哨舰通过Link11数据链将敌情信息实时上报给岸基指挥所, 岸基指挥所再将指挥命令通过Link4A数据链发送给战斗机, 并对其进行引导控制。具体信号流程如图2所示。

3. 2 节点模型设计

根据航母编队防空战任务以及所采用的各种传输手段的特点, 节点模型参考OSI模型, 省略会话层与表示层, 其体系结构共分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层5层。其中用户节点包含5层功能; 中继舰艇和中继飞机作为通信节点只实现网络层、链路层和物理层功能。

物理层主要功能是完成比特流在各种信道中的可靠传输; 数据链路层主要完成相邻节点间点到点的可靠传输, 包括帧同步、差错控制和流量控制等功能, 并实现Link11和Link4A等链路协议功能; 网络层需具有路由选择功能、网络分组数据逐跳保管传输功能以及网络接口的适配功能, 并可兼顾多种数据链路协议; 传输层负责保障数据包的端到端的可靠传输及网络流量控制等功能; 应用层负责随机产生不同业务数据包, 并完成仿真结果的统计。

3. 3 仿真参数设计

仿真参数包括仿真时间、节点数、移动节点移动速度、发送时间间隔和信道参数等值。在本仿真中, 仿真时间设为10 h, 节点数为14个, 其中A0为航母; A1为哨舰; A2为战斗机; A3 ~ A5和A8 ~ A9为护卫舰艇编队; A6为中继舰艇; A7为预警机; A11为海军通信站; A12为中继飞机; A13为岸基指挥所。A1、A3、A7和A8直接与A0通信, A4和A5通过A3中继转发与A0通信, A9和A10通过A8中继转发与A0通信, A2通过A6中继转发与A0通信, A13通过A11直接或经由无人机中继转发与A0通信, 机载移动速度100 m/s, 舰载移动速度20 m/s。信道模型采用OMNeT + + 平台的抽象模型, Link11的信息传输速率为2 400 bps, Link4A的信息传输速率为5 kbps, 在时间窗口区间内[T1, T2]随机停留一个时间作为时延。数据包发送间隔时间为服从指数分布的伪随机数, 平时航母编队数据交换和分发的时间间隔设为60 s; 异常情况间隔设为600 s。仿真运行场景图如图3所示。

4 仿真结果分析

仿真结果包括时延、吞吐量、信道利用率和丢包率等。下面以时延和吞吐量为例, 对仿真结果进行分析。

i节点到j节点之间的数据包的平均时延为:

式中, NRij为i节点收到j节点数据包的数量。

网络平均时延为:

式中, n为节点数量。

i节点到j节点之间的吞吐量为:

式中, LRij为i节点收到j节点应答的数据包长度; T为仿真运行时间。

网络总吞吐量为:

OMNET + + 提供2种性能结果分析工具, 即矢量分析工具Plove和标量分析工具Scalars。矢量分析工具Plove用于仿真过程中向量文件的在线观测或仿真结束后统计; 标量分析工具Scalars用于仿真结束后分析总的统计量。图4和图5分别为使用Scalars得到的链路时延和节点吞吐量的仿真结果。由图4和图5可以看出, 需要中继转发的链路时延较长, 而航空母舰A0和含转发功能的护卫舰A3节点的吞吐量最大, 这是因为经由它们交换和分发的数据最多。

5 结束语

介绍了航母编队的作战流程, 并据此对防空站进行了系统建模设计: 航母编队通过Link11数据链完成各节点间平时数据的交换和分发, 通过Link11数据链完成敌情信息的上报, 通过Link4A数据链完成战斗指令的下发; 节点模型参考OSI模型分层设计并实现功能, 根据本系统特点简化为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层5层。系统建模完成后, 对仿真参数进行了设置, 对航母编队的通信流程以及通信协议进行了仿真, 并使用标量分析工具Scalars对时延和吞吐量的仿真结果进行了分析。本文的建模方法和设计思路能够为其他海军通信系统的建模仿真提供参考。

参考文献

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编队方法 第9篇

各类路由协议各有特点, 先应式路由协议具有寻路时延小、拓扑维护及时的特点, 适合在网络负载较大的环境下运行［8—10］。反应式协议路由开销较小, 不易引入环路和过期路由, 具有较好的健壮性。但由于不同应用中的节点移动、网络拓扑、业务流量等方面均不相同, 不可能有一个路由协议适用于所有场合。目前使用的路由协议都是针对各自的应用专门设计的, 例如战场通信方面, 美国国防部颁布的应用于SINCGARS电台互联的MIL-STD-188-220 协议［11］, 美国海军研究所开发实现的一种改进版的OLSR协议［12］, 这些协议都基于各自的应用场景进行针对性的设计, 能更好地满足各自应用需要, 获得比其他协议更好的性能。

编队网络是现实中常用的一种网络组织模式, 例如空中飞机的编队飞行、海上的舰艇编队以及坦克编队等都是以编队方式组织的网络。MANET中已经有了一些针对编队网络所进行的建模和研究［13—16］, 但针对编队网络设计的路由协议及研究还不多。编队网络在移动模型、业务流量等方面具有显著的特征, 这些特征对路由协议的评价有着不同的影响。本文对编队网络的网络流量和节点移动进行分析建模, 在此基础之上设计了一种适用于编队网络的混合式路由协议———HSRP ( hybrid source routing protocol) 。HSRP协议中加入了基于拓扑变化感知的路由更新和基于MRP ( multi point relay, 多点中继) ［12］的广播抑制算法, 结合跨层设计思想, 使协议在吞吐量和时延及路由质量方面具有优良的性能, 更好地适应编队网络, 满足应用的需要。

1 相关工作

MANET是一种扁平化、分布式组织的网络, 当网络中的节点以编队模式组织时, 网络在拓扑和流量方面表现出一定的特性, 这些特性使一般的路由协议很难适应编队网络场景。

1. 1 编队网络的特点

当MANET中的节点以编队方式组织时, 其特点主要体现在以下两方面。

1. 1. 1 网络拓扑规律变化

编队网络一般有几个编队队形, 并经常需要从一个队形变化到另一个队形。这使得编队网络的拓扑变化具有两个特点, 一个是拓扑的阶段稳定性, 另一个是拓扑变化的全局性。编队以某一个队形行进时, 节点的相对位置稳定, 这时网络拓扑稳定; 当编队从一个队形变化到另一个队形时, 全网拓扑发生变化, 基本上很少出现拓扑局部变化的情形。

1. 1. 2 业务流量具有非对称性

考察一般的编队网络, 网络中一般有旗舰节点, 旗舰节点对编队进行指挥和协调。网络中的流量有很大的不均衡性, 在旗舰节点周围流量较大, 是旗舰节点下发的指挥信息和其他节点上报给旗舰节点的信息。

1. 2 编队网络建模

1. 2. 1 移动模型

按照节点间的移动相关特性, 可以将移动模型分为两类, 实体移动模型和群组移动模型［13，17］, 实体移动模型描述的是单个节点的独立运动, 节点之间的运动不相关, 如随机游走模型 ( random walk model) ［13］; 群组移动模型描述节点之间的相对移动, 一群节点作为一个整体有共同的移动规律, 如参考点群组移动模型 ( reference point group mobility, RPGM) ［14］。相对于实体移动模型, 群组移动模型对客观世界中大规模实体的移动描述更加准确。

参考群组移动模型, 对编队网络节点移动规律进行分析, 编队的移动模型具有以下特点:

( 1) 根据群组参考模型, 一般有一个逻辑中心节点, 称之为旗舰, 其他节点称为下属。旗舰的移动属性定义了整个编队的移动方式, 比如行进速度, 行进队形及队形变换等。

( 2) 编队网络的队形。把编队网络的队形具体化为几个常用的、具有代表性的队形, 包括单横队、双横队、环形编队和人字队形。以8 个节点的网络为例, 节点的队形如图1 ~ 图4 所示。

1. 2. 2 流量模型

流量模型描述了编队网络中节点之间的流量特征。网络的业务流量特征与应用具有紧密的联系。以美军的战术互联网为例, 所有网络传输的信息中, 态势感知信息占总量的80% , 而指挥控制信息仅占1% , 其余19% 为网络协议开销［18］。其他编队网络的应用类似于战术互联网, 流量具有相似性。编队网络中旗舰节点需要对网络进行指挥和协调, 要周期性向其他节点发送信息, 类似于战术互联网中的指控信息; 其他节点要周期性向旗舰节点上报一些信息, 类似于战术互联网中的态势信息。据此, 可以定义编队网络中的流量为下几种类型:

( 1) 旗舰发给下属节点的广播信息, 设置为周期性的广播流。

( 2) 下属节点报告给旗舰的信息, 其相似于战术互联网中的态势信息, 可建模为CBR ( constant bit rate) 流。

( 3) 下属节点之间或者下属节点与旗舰的突发通信, 可用TRAFFIC-GEN类型建模。TRAFFIC-GEN类型仿真一个随机分布的流量产生器, 可提供的随机分布函数包括: 均匀分布和指数等, 用指数函数可近似模拟现实中的突发通信。

2 协议描述

2. 1 路由维护

现实应用中, 一般为发挥网络体系结构的优势, 有效利用网络资源, 体系中的各协议间一般不严格遵守网络的分层模式, 而是采用跨层设计的思想。编队网络体系结构中使用的MAC协议是一个混合式的TDMA协议, 该协议在MAC层保存两跳范围邻居节点的信息, 并周期进行更新, 能够保证两跳范围邻居的准确。HSRP协议采用跨层设计, 直接从MAC层共享两跳范围内的路由信息来构造先应式的路由表。HSRP混合式协议的先应式半径设置为2, 其先应式路由信息跨层从MAC协议取得。

HSRP采用反应式算法维护中远距离 ( 两跳以外) 路由, 其反应式路由方式类似于DSR, 但针对编队网络的应用背景进行了优化, 加入了类似多点中继的广播抑制, 其也依赖于节点保存的两跳拓扑。当源节点需要向两跳以外的节点发送数据时, 如果没有到目的节点的路由, 则发送RREQ发起路由寻找, 中间节点收到RREQ进行转发之前, 将比较自己的邻居和上一个转发该RREQ节点 ( 即上一跳节点) 的邻居信息。如果本节点与上一跳转发此RREQ节点具有相同的邻居, 则丢弃该RREQ数据包。如果该节点与上一跳节点邻居不同, 并且是第一次收到该路由申请, 则转发该路由申请。该策略类似MRP的多点中继策略, 充分利用节点跨层感知的两跳拓扑信息, 有效抑制广播包洪泛, 减少对网络资源的占用。

2. 2 拓扑变化感知

编队网络的拓扑变化主要是由编队的队形发生变化引起的。针对网络拓扑变化的这一特点, HSRP协议中采用拓扑变化感知机制, 路由协议在感知到拓扑变化时尽快更新路由, 减小路由失效带来的不利影响。

HSRP协议中, 节点保存两跳范围的拓扑, 从而利用邻居变化程度来感知网络拓扑的变化。当变化的邻居节点数超过了一定的门限, 可以认为网络的拓扑发生了变化。

图5 所示的是网络中的一个局部拓扑图, 图中的圆是节点A的两跳范围。某一时刻节点A的两跳范围内的邻居节点分别为节点B、C、D、E。在下一时刻, 节点B和C移出A的两跳范围, 而节点I和K进入A的两跳范围。节点A的两个邻居节点发生了变化, 所以这时节点A的邻居变化度为0. 5。如果设置邻居变化度的门限为0. 4, 那么节点A可认为全网的拓扑已经发生了变化, 此时可清除路由缓存重新路由。

节点根据邻居变化度和预置的门限量P ( 0 <P < 1) 来感知全网拓扑的变化。P的设置要谨慎, 一方面要使节点在最短时间内感知全网拓扑的变化, 另一方面又要防止微小的链路变化出现误判的情形。P的设置主要依据节点的通信距离和分布范围内节点的密度。在后面的仿真中, 设置节点的邻居变化度P为0. 4。

节点感知到全网拓扑变化之后, 首先清除掉缓存中的路由, 然后重新维护到各节点的路由。

3 仿真分析

本节利用Qual Net仿真平台对编队网络环境下的HSRP协议进行仿真, 并与路由协议DSR和ZRP进行比较。

3. 1 仿真设置

为验证HSRP的性能, 需要设置一个具体的编队网络应用场景, 这里场景设置主要依据现实中的海上舰船编队网络。

舰船编队网络的MAC协议使用的是一个混合式的TDMA协议, 该协议既有预分的固定时隙, 又有基于竞争的时隙, 能够为应用提供一定的QOS服务。仿真具体设置如. 1 所示。

根据编队网络的模型, 应用层设置三种流量, 分别是自定义的广播流、CBR流和Traf-fic-gen。设置两种队形变化场景, 队形场景一的队形变化序列为: 人字—单横—人字, 队形场景二的队形变化序列为: 双横—环形—双横。

3. 2 仿真结果

一般来讲, 路由协议性能的评估主要从分组丢失率、分组平均端到端时延等方面进行［19］。另外, 路由的平均跳数也是一个重要的指标。长链路占用更多的网络资源, 而且长链路断链的概率显著高于短链路, 由断链而引起的路由修复或者路由重建都将影响网络的性能［20］。所以, 对HSRP协议的评价主要从三个指标上衡量。各指标定义分别如下。

3. 2. 1 丢包率 ( losing packet fraction)

3.2.2平均端到端时延 (average end-to-end delay)

3. 2. 3 每包平均源路由跳数 ( average source routing hop)

另外, 定义网络的归一化负荷:

仿真的结果如图6 ~ 图11 所示。

图6 ~ 图8 是队形场景一的仿真结果, 图9 ~ 图11 是队形场景二的仿真结果。图中横坐标均是归一化的网络负荷。图6 和图9 所示为DSR与HSRP的平均源路由跳数。从图中可以看到, HSRP的路由跳数一直较稳定在较低值, 而DSR的平均源路由跳数在轻载时较大, 而随着负载的增加源路由跳数降低, 但是始终高于HSRP。DSR协议的路由监听、缓存策略使跳数随着全网通信量的增加而减少。HSRP跳数一直比较稳定, 主要是由于其反应式路由过程中采用了广播抑制策略, 降低了路由请求的碰撞率和对信道的占用。

图7 和图10 所示是协议的分组丢失率。三个协议的分组丢失率相差不大, HSRP略低于ZRP和DSR, 一方面是其路由在拓扑稳定阶段能够保持相对较长的时间, 降低了由于重新寻路带来的分组丢失; 另一方面由于HSRP的路由开销较低, 占用的网络资源更少。随着负载的逐渐加大, HSRP和DSR的分组丢失率相差无几, 但是都低于ZRP。

图8 和图11 所示为平均端到端时延。从时延对比中可以看到, HSRP的时延显著低于ZRP和DSR, HSRP在部分区域内的先应式策略无需进行路由查找, 大幅降低了时延; 另外, HSRP的路由保持策略使有效路由缓存了更长的时间, 避免了重新寻路带来的时延。ZRP协议在部分区域内的先应式策略使其时延低于DSR协议, DSR协议的时延最大。

总体看来, HSRP协议的跨层设计、拓扑变化感知和广播抑制策略使其在时延、分组丢失率等方面均优于DSR和ZRP协议, HSRP路由协议的分组丢失率比其他两个协议平均小5% 左右, 而时延则比DSR小25% 左右, 比ZRP小10% 左右。

4 结束语

文章分析了编队网络应用场景, 对网络的节点移动特征和流量特征进行建模, 并在此基础上设计了HSRP路由协议。在海上舰船编队网络的场景下对协议进行仿真, 仿真结果表明, HSRP协议在丢包率、时延等方面显著优于DSR和ZRP协议, 能很好适应编队网络的场景, 满足应用的需要。

摘要：移动自组织网络 (mobile ad hoc network, MANET) 中的编队网络是现实应用中的一个典型抽象。对编队网络进行分析, 指出其网络拓扑变化具有全局性和阶段稳定性, 其流量具有典型的不对称性;并对节点移动和网络流量进行建模。为编队网络设计混合式的路由协议——HSRP (hybrid source routing protocol) , 该协议采用基于拓扑变化感知的路由更新和类似多点中继的广播抑制;并融合了网络体系结构中的跨层设计思想。仿真结果表明, 相比于DSR及ZRP协议, HSRP协议在丢包率及网络时延方面具有显著的优势, 能更好地适应编队网络, 满足应用的需要。