基于多源多頻段目標(biāo)偵察的任務(wù)規(guī)劃方法

摘 要： 提出一種用于多源多頻段目標(biāo)偵察的任務(wù)規(guī)劃自動(dòng)生成方法。該方法通過航路插值將航路分解成眾多偵察點(diǎn)，為每個(gè)偵察點(diǎn)可被偵察的目標(biāo)設(shè)置任務(wù)項(xiàng)，通過偵察點(diǎn)內(nèi)部、偵察點(diǎn)間任務(wù)項(xiàng)按屬性類別的合并、轉(zhuǎn)化生成目標(biāo)任務(wù)項(xiàng)集，從而把任務(wù)規(guī)劃分解成眾多按偵察點(diǎn)執(zhí)行可合并的任務(wù)項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)了任務(wù)規(guī)劃的自動(dòng)生成，有效解決了傳統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃生成效率低下以及不同任務(wù)項(xiàng)之間偵察資源搶占問題，極大地提高了任務(wù)規(guī)劃的偵察效率。

關(guān)鍵詞： 任務(wù)規(guī)劃； 多源多頻段目標(biāo)偵察； 航路插值； 偵察效率

中圖分類號(hào)： TN959.1+2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）09?0028?04

Abstract： The automatic generation method of mission planning is proposed for multi?source and multi?band target reconnaissance. Multiple reconnaissance sites of the air route are divided by route reconnaissance， the mission items are set for reconnoitered target of every reconnaissance site. The mission items inside the reconnaissance sites and among the reconnaissance sites are combining and transforming with properties to generate target mission item?sets， the mission planning is resolved into multiply mission items which can be carried out and combined by reconnaissance sites. The mission planning generated automatically is realized， it resolves problems about low efficiency of traditional mission planning and reconnaissance source occupancy among different missions， and highly improves reconnaissance efficiency of mission planning.

Keywords： mission planning； multi?source and multi?band target reconnaissance； air route interpolation； reconnaissance efficiency

0 引 言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，大型機(jī)載任務(wù)載荷的增加，傳統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃制定方法，已越來越難以適應(yīng)當(dāng)前多源多頻段目標(biāo)集的偵察需求。這集中體現(xiàn)在兩方面：一方面是隨著多源多頻段目標(biāo)的大量出現(xiàn)，目標(biāo)是否可被偵察的判決越來越復(fù)雜，手動(dòng)制定任務(wù)項(xiàng)也越來越繁瑣，從而任務(wù)規(guī)劃的制定效率越來越低下；另一方面，隨著可偵察目標(biāo)的大量增加，各任務(wù)項(xiàng)之間偵察航路重合的幾率增大，導(dǎo)致各偵察資源競爭使用的機(jī)率大大增加，大大降低了任務(wù)規(guī)劃的合理性、容錯(cuò)性以及偵察效率。

目前國內(nèi)對(duì)于該領(lǐng)域的研究多集中在無人偵察機(jī)的航跡規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃[1?6]，國外的研究集中在大型機(jī)載任務(wù)管理的智能化、自主化[7? 9]，這些研究對(duì)于大型機(jī)載多任務(wù)載荷的任務(wù)規(guī)劃均鮮有涉及。

其中，文獻(xiàn)[1]提出航線規(guī)劃與傳感器規(guī)劃之間存在著緊密的耦合關(guān)系，如何有效實(shí)現(xiàn)二者的解耦，對(duì)于提高無人偵察機(jī)的作戰(zhàn)效能具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。文獻(xiàn)[8]研究提出一種遺傳交互算法，可實(shí)時(shí)解決機(jī)載任務(wù)設(shè)備的任務(wù)分配控制，有效降低機(jī)上操作人員的工作量。該研究與本項(xiàng)目有一定相關(guān)性，但本項(xiàng)目通過航路插值與任務(wù)項(xiàng)優(yōu)先策略設(shè)置的方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載多任務(wù)載荷的實(shí)時(shí)管理與分配。

本文介紹一種任務(wù)規(guī)劃自動(dòng)生成方法，適用于多源多頻段目標(biāo)的電子偵察。相比于傳統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃方法，本方法通過航路自適應(yīng)插值與任務(wù)項(xiàng)合并實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)航路與任務(wù)載荷之間的解耦，解決了傳統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃生成效率低下以及不同任務(wù)項(xiàng)之間偵察資源搶占等問題，可有效提高機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)的偵察效率。

1 基本工作流程

本方法首先加載目標(biāo)集數(shù)據(jù)、航路數(shù)據(jù)，其次對(duì)目標(biāo)集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，過濾目標(biāo)集距離航路較遠(yuǎn)，不可能偵察到“噪音數(shù)據(jù)”，進(jìn)一步對(duì)航路數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，將航路分解成若干個(gè)偵察點(diǎn)，基于預(yù)處理過的目標(biāo)集在每個(gè)偵察點(diǎn)確認(rèn)可被偵察的目標(biāo)，進(jìn)一步為每個(gè)偵察點(diǎn)可被偵察的目標(biāo)設(shè)置任務(wù)項(xiàng)，并在偵察點(diǎn)內(nèi)部合并任務(wù)項(xiàng)，最后在偵察點(diǎn)間合并任務(wù)項(xiàng)生成任務(wù)規(guī)劃。

2 詳細(xì)實(shí)現(xiàn)

2.1 目標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理

取偵察機(jī)航路上兩個(gè)臨近的偵察點(diǎn)經(jīng)緯度與所述目標(biāo)的經(jīng)緯度依次相減，并取絕對(duì)值。若結(jié)果均大于1.5倍的偵察機(jī)最大偵察距離[L，]則排除該目標(biāo)；若結(jié)果均小于等于1.5倍的偵察機(jī)最大偵察距離[L，]將球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，以目標(biāo)為圓心，以偵察機(jī)最大偵察距離[L]為半徑，畫圓判斷是否與兩個(gè)臨近的偵察點(diǎn)的線段有交點(diǎn)或切點(diǎn)，若有交點(diǎn)或切點(diǎn)則初步確定該目標(biāo)為可被偵察目標(biāo)。具體流程詳見圖2。

2.2 航路插值處理

飛機(jī)航路一般包含若干個(gè)航路點(diǎn)，所謂航路點(diǎn)是指飛行航路中典型的航管點(diǎn)或必須經(jīng)過的任務(wù)點(diǎn)。航路插值是指在航路上鄰近的兩個(gè)航路點(diǎn)之間插入若干觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)與原航路點(diǎn)一起組成航路的偵察點(diǎn)。在航路上鄰近的兩個(gè)航路點(diǎn)之間插入目標(biāo)觀測點(diǎn)的個(gè)數(shù)[N]由公式（1）確定，航路總的偵察點(diǎn)數(shù)[T]由公式（2）確定。

2.3 任務(wù)項(xiàng)處理與合并

任務(wù)項(xiàng)處理合并包含偵察點(diǎn)內(nèi)的任務(wù)項(xiàng)合并處理以及偵察點(diǎn)間的任務(wù)項(xiàng)合并處理。其中，偵察點(diǎn)內(nèi)的為每個(gè)偵察點(diǎn)內(nèi)的目標(biāo)設(shè)置子任務(wù)項(xiàng)，子任務(wù)項(xiàng)是指未定義完整的任務(wù)項(xiàng)，僅包含任務(wù)項(xiàng)屬性和任務(wù)項(xiàng)參數(shù)關(guān)鍵信息，暫不包含具體的起止經(jīng)緯度信息，便于后期航路點(diǎn)間的任務(wù)項(xiàng)合并轉(zhuǎn)化。任務(wù)項(xiàng)屬性用于表示具體屬性類別，只有屬性相同的任務(wù)項(xiàng)才能合并處理。

2.3.1 偵察點(diǎn)內(nèi)部合并處理

偵察點(diǎn)內(nèi)部子任務(wù)項(xiàng)的處理主要包含如下步驟原則：

（1） 將該偵察點(diǎn)所有相同屬性的子任務(wù)項(xiàng)全部合并到一個(gè)任務(wù)項(xiàng)中，即合并后一個(gè)任務(wù)項(xiàng)中包含所有屬性相同的頻點(diǎn)數(shù)據(jù)，詳細(xì)算法如下：

MergeInside（）主要完成把相同屬性任務(wù)項(xiàng)的頻點(diǎn)數(shù)據(jù)添加到同一個(gè)任務(wù)項(xiàng)中，并確保該任務(wù)項(xiàng)中不存在相同的頻點(diǎn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，根據(jù)目標(biāo)位于飛機(jī)左右兩側(cè)的百分比確定任務(wù)項(xiàng)的天線指向。

（2） 把符合條件的相關(guān)屬性類別任務(wù)項(xiàng)做轉(zhuǎn)化處理，如把符合條件的多頻點(diǎn)任務(wù)項(xiàng)轉(zhuǎn)化為頻段偵察任務(wù)項(xiàng)，不符合條件的轉(zhuǎn)化為單個(gè)頻點(diǎn)任務(wù)項(xiàng)。

任務(wù)項(xiàng)具體轉(zhuǎn)化原則是取任務(wù)項(xiàng)中所有頻點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大值max與最小值min，max與min相減，若結(jié)果大于經(jīng)驗(yàn)值x，則取min為起始頻率，max為終止頻率，多頻點(diǎn)任務(wù)項(xiàng)轉(zhuǎn)化為頻段任務(wù)項(xiàng)；否則取max與min平均值為頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為單個(gè)頻點(diǎn)的偵察任務(wù)項(xiàng)。其中，經(jīng)驗(yàn)值x需依據(jù)實(shí)際應(yīng)用與偵察設(shè)備參數(shù)設(shè)定。

（3） 偵察點(diǎn)任務(wù)項(xiàng)資源競爭分析，資源競爭關(guān)系是指在相同航路段內(nèi)有兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)項(xiàng)同時(shí)申請使用某一偵察任務(wù)設(shè)備，超過了偵察設(shè)備所能支持的任務(wù)上限。此時(shí)系統(tǒng)只能按照實(shí)際應(yīng)用設(shè)定的優(yōu)先策略舍棄或推遲部分任務(wù)項(xiàng)。

2.3.2 偵察點(diǎn)間合并處理

偵察點(diǎn)之間任務(wù)項(xiàng)的合并，對(duì)于單個(gè)頻點(diǎn)的任務(wù)項(xiàng)，除判別屬性類型相同外，還要判別天線方向、頻點(diǎn)數(shù)、頻點(diǎn)值以及帶寬是否相同才能合并。

對(duì)于頻段類型任務(wù)項(xiàng)，在天線指向相同的情況下，取兩個(gè)要合并任務(wù)項(xiàng)的起始頻率的較小值min與終止頻率的較大值max，若max與min相減小于經(jīng)驗(yàn)值[x，]則合并；其中，經(jīng)驗(yàn)值[x]需依據(jù)實(shí)際應(yīng)用與偵察設(shè)備參數(shù)設(shè)定。

函數(shù)IsCanMerge（）主要用于判別在屬性相同的情況下，兩個(gè)任務(wù)項(xiàng)依據(jù)上述合并原則是否能合并。函數(shù)MergeOutsize（）主要用于處理任務(wù)項(xiàng)參數(shù)的合并與任務(wù)項(xiàng)經(jīng)緯度參數(shù)的定義。偵察點(diǎn)間任務(wù)項(xiàng)合并后，新任務(wù)項(xiàng)起始經(jīng)緯度與起始偵察點(diǎn)保持一致，終止經(jīng)緯度與終止偵察點(diǎn)保持一致。

3 測試分析

3.1 測試環(huán)境與數(shù)據(jù)

本次任務(wù)項(xiàng)自動(dòng)生成測試系統(tǒng)環(huán)境為Windows XP SP2，處理器為Intel酷睿雙核2.2 GHz，內(nèi)存2 GB。

為保證測試的充分性、準(zhǔn)確性以及真實(shí)性，依次從同一數(shù)據(jù)庫中，隨機(jī)抽取4組不同數(shù)量的目標(biāo)數(shù)據(jù)集，包括20，50，100以及200個(gè)目標(biāo)，4個(gè)量級(jí)，作為本任務(wù)規(guī)劃自動(dòng)生成方法的測試目標(biāo)數(shù)據(jù)。航路數(shù)據(jù)采用北京昆明航路，在兩地之間等間距插入5個(gè)航路點(diǎn)。主要驗(yàn)證分析兩個(gè)方面的內(nèi)容：

（1） 驗(yàn)證本方法自動(dòng)生成任務(wù)項(xiàng)的正確性，生成的任務(wù)項(xiàng)類型能覆蓋測試數(shù)據(jù)中的所有信號(hào)類型，且任務(wù)項(xiàng)的頻點(diǎn)參數(shù)、經(jīng)緯度信息正確無誤；

（2） 驗(yàn)證本方法在不同數(shù)量級(jí)目標(biāo)情況下，自動(dòng)生成任務(wù)項(xiàng)的平均時(shí)間是否穩(wěn)定。

3.2 正確性測試

本文不同數(shù)據(jù)集生成的任務(wù)項(xiàng)類型、個(gè)數(shù)對(duì)比如表1所示，圖4為目標(biāo)數(shù)據(jù)集1的任務(wù)規(guī)劃生成結(jié)果，左邊為任務(wù)規(guī)劃列表與對(duì)應(yīng)的任務(wù)項(xiàng)列表，右邊地圖顯示任務(wù)規(guī)劃對(duì)應(yīng)的航路，地圖下方為任務(wù)項(xiàng)參數(shù)的詳細(xì)內(nèi)容。

經(jīng)仿真測試，4組目標(biāo)數(shù)據(jù)集生成的任務(wù)規(guī)劃包含不同屬性類型的任務(wù)項(xiàng)，均能覆蓋所有目標(biāo)信號(hào)類型，任務(wù)項(xiàng)頻點(diǎn)參數(shù)能覆蓋相應(yīng)的目標(biāo)信號(hào)頻點(diǎn)數(shù)據(jù)，且起始終止經(jīng)緯度均在航路上，所有任務(wù)項(xiàng)參數(shù)的正確性完全滿足目標(biāo)偵察需求。

3.3 時(shí)間測試

表2為不同數(shù)據(jù)集連續(xù)4次的測試時(shí)間對(duì)比，每次測試時(shí)均要重啟電腦清空內(nèi)存，表3為不同數(shù)據(jù)集生成任務(wù)項(xiàng)的個(gè)數(shù)、平均生成時(shí)間以及每條任務(wù)項(xiàng)的平均生成時(shí)間對(duì)比，綜合對(duì)比分析表1～表3。

（1） 相同數(shù)據(jù)集每次生成時(shí)間雖有輕微波動(dòng)，但基本差別不大；

（2） 不同數(shù)據(jù)集平均生成時(shí)間與生成的任務(wù)項(xiàng)個(gè)數(shù)成正比關(guān)系；

（3） 不同數(shù)據(jù)集生成任務(wù)項(xiàng)類型均覆蓋了所有信號(hào)類型；

（4） 雖然不同數(shù)據(jù)集生成的任務(wù)項(xiàng)個(gè)數(shù)不同，不同類型的任務(wù)項(xiàng)個(gè)數(shù)也有不同，但每條任務(wù)項(xiàng)的平均生成時(shí)間差別不大，相差在1 ms左右。

綜上所述，本方法任務(wù)規(guī)劃自動(dòng)生成所耗時(shí)間在保證正確性的情況下是穩(wěn)定可靠的。

4 結(jié) 論

本文提出任務(wù)規(guī)劃生成方法，通過航路自適應(yīng)插值與航路點(diǎn)之間任務(wù)項(xiàng)合并，實(shí)現(xiàn)了航路與多任務(wù)載荷之間的解耦，解決了傳統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃生成效率低與不同任務(wù)項(xiàng)之間偵察資源搶占問題，有效提高了任務(wù)系統(tǒng)的偵察效率，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法更加符合當(dāng)前多源多頻段目標(biāo)的偵察需求，可推廣到類似偵察平臺(tái)項(xiàng)目中，具有一定的可移植性。

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