現(xiàn)代戰(zhàn)爭的制勝機理正在由以網(wǎng)絡(luò)為中心向以決策為中心轉(zhuǎn)變，靈活高效的任務(wù)決策是上層戰(zhàn)術(shù)與底層控制策略之間的有機銜接。航空集群作為一種新型分布式空中作戰(zhàn)力量，面向高動態(tài)、強對抗的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)，如何根據(jù)當前戰(zhàn)場態(tài)勢和作戰(zhàn)需求做出兼具靈活性、時效性和魯棒性的任務(wù)決策，是提升航空集群作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。
本書針對航空集群任務(wù)決策展開研究，通過建立資源能力任務(wù)的有效映射，創(chuàng)新性地提出一種基于互為主體的航空集群體系架構(gòu)和任務(wù)決策機制，并針對航空集群典型作戰(zhàn)任務(wù)中的協(xié)同搜索、定位、航跡欺騙和干擾抑制開展了研究和仿真驗證。本書全面梳理了航空集群領(lǐng)域的最新研究成果，同時從任務(wù)決策角度創(chuàng)新性運用互為主體思想為航空集群作戰(zhàn)運用提供創(chuàng)新理論支撐，具備較強的前瞻性、創(chuàng)新性以及實用性。
無人機集群是近年來的研究熱點，市場上無人機相關(guān)的書籍數(shù)量呈快速增長趨勢。但是目前市場上的無人機類圖書主要集中在無人機平臺性能分析、無人機蜂群協(xié)同算法等方面，而無人機集群的協(xié)同任務(wù)決策作為銜接頂層設(shè)計和作戰(zhàn)運用的關(guān)鍵紐帶，相關(guān)著作較少，尤其是從集群作戰(zhàn)的任務(wù)流程出發(fā)走通協(xié)同搜索、協(xié)同定位、協(xié)同虛假航跡欺騙干擾等關(guān)鍵任務(wù)環(huán)節(jié)的圖書在市場上基本沒有�；诨橹黧w的決策機制創(chuàng)新性較強，市場圖書尚未出現(xiàn)過運用該方法的圖書。虛假航跡協(xié)同欺騙干擾創(chuàng)新性較強，市場圖書尚未出現(xiàn)過同類內(nèi)容。
本書的作者團隊多年來從事無人機技術(shù)與運用研究，在無人機領(lǐng)域具有較強的影響力和凝聚力。本書針對航空集群任務(wù)決策展開研究，通過建立資源能力任務(wù)的有效映射，探索性地提出一種基于互為主體的航空集群體系架構(gòu)和任務(wù)決策機制，并針對航空集群典型作戰(zhàn)任務(wù)中的協(xié)同搜索、協(xié)同有源定位和航跡欺騙展開研究驗證。本書的特色是全面梳理了航空集群領(lǐng)域最新研究成果，同時從任務(wù)決策角度創(chuàng)新性運用互為主體思想為航空集群作戰(zhàn)運用提供創(chuàng)新理論支撐，具備較強前瞻性、創(chuàng)新性和實用性。
航空集群由一定數(shù)量的單功能或多功能、有人或無人航空平臺共同組成，基于交感網(wǎng)絡(luò)支撐，節(jié)點之間通過分布式協(xié)同交互完成作戰(zhàn)任務(wù)，是具有能力涌現(xiàn)特點的空中作戰(zhàn)系統(tǒng)。航空集群任務(wù)決策是典型的復(fù)雜決策問題，大規(guī)模作戰(zhàn)節(jié)點基于交感網(wǎng)絡(luò)形成有機整體，每個時刻每個平臺執(zhí)行的任務(wù)如何決策、功能如何選擇、資源如何分配、平臺之間如何協(xié)同等問題都需要根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢和集群自身狀態(tài)進行實時調(diào)整，如何面向作戰(zhàn)需求做出靈活的任務(wù)決策，實現(xiàn)節(jié)點間的高效協(xié)同并完成作戰(zhàn)任務(wù)，成為制約航空集群作戰(zhàn)效能發(fā)揮的瓶頸。
航空集群（尤其是無人機集群）作戰(zhàn)的任務(wù)決策機制水平?jīng)Q定了決策手段的能力上限，影響到作戰(zhàn)全過程全要素的決策效果。近年來，無人作戰(zhàn)發(fā)展正興。萬頃碧波的波斯灣、雄渾壯麗的高加索山脈、落日余暉的第聶伯河，無人機正式走上人類戰(zhàn)爭的舞臺。作為信息通信、人工智能等新興技術(shù)的天然載體，無人機技術(shù)及其集群運用飛速發(fā)展。從單機到集群，從人類操控到智能自主，無人化作戰(zhàn)的大門已然開啟。開展博弈對抗環(huán)境下的集群任務(wù)決策研究，已經(jīng)成為制衡強敵在分布式空戰(zhàn)等體系作戰(zhàn)領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢、提高集群作戰(zhàn)能力的迫切需要。
在航空集群發(fā)展如火如荼之際，我們深切感受到，集群已成為未來空中作戰(zhàn)運用的主要樣式，相關(guān)的概念構(gòu)想呈井噴式增長，但在理論方法和算法落地上仍然比較欠缺。因此，本書就以航空集群任務(wù)決策方法為切入口，針對協(xié)同搜索、定位、航跡欺騙、干擾抑制等典型任務(wù)，將互為主體思想應(yīng)用到?jīng)Q策機制中進行探索性研究，給出航空集群協(xié)同任務(wù)決策方法概論、體系架構(gòu)、理論方法、典型案例和仿真驗證，以起到拋磚引玉的作用。
本書共分8章。第1章為航空集群協(xié)同任務(wù)決策方法概論；第2章為基于互為主體理論的航空集群體系架構(gòu)與實現(xiàn)；第3章為航空集群作戰(zhàn)任務(wù)決策理論及應(yīng)用；第4章為運用同層互為主體的任務(wù)決策，以協(xié)同搜索任務(wù)為典型案例提升集群搜索能力；第5章為運用跨層互為主體的任務(wù)決策，以協(xié)同定位任務(wù)為典型案例提升集群定位精度；第6章為運用混合互為主體的任務(wù)決策，以協(xié)同航跡欺騙任務(wù)為典型案例提升航跡欺騙效果；第7章為航空集群協(xié)同干擾抑制任務(wù)決策，提升集群抗干擾能力；第8章為本書結(jié)束語。
我們擁抱技術(shù)發(fā)展、預(yù)見未來趨勢、跟上時代脈搏，圍繞航空集群任務(wù)決策問題編著本書，希望與讀者共同探討無人機技術(shù)和集群任務(wù)決策機制的理論和應(yīng)用，共同推進領(lǐng)域發(fā)展。由于作者的寫作時間和水平有限，本書難免存在不足之處，敬請讀者朋友們批評指正，衷心希望通過同行之間的交流，引發(fā)思考，促進創(chuàng)新！
編者2024年1月
第1章航空集群協(xié)同任務(wù)決策方法概論1
1.1航空集群及其任務(wù)決策意義1
1.2航空集群典型任務(wù)及其任務(wù)決策方法3
1.2.1航空集群現(xiàn)狀3
1.2.2航空集群任務(wù)決策方法概述7
1.2.3航空集群協(xié)同搜索及其任務(wù)決策方法9
1.2.4航空集群有源定位及其任務(wù)決策方法12
1.2.5航跡欺騙干擾及其任務(wù)決策方法14
1.2.6航空集群協(xié)同干擾抑制及其任務(wù)決策方法21
1.3本書章節(jié)安排26第2章基于互為主體理論的航空集群體系架構(gòu)與實現(xiàn)28
2.1互為主體的基礎(chǔ)理論28
2.1.1互為主體的哲學概念28
2.1.2互為主體在航空集群作戰(zhàn)中的理論及內(nèi)涵30
2.1.3基于互為主體的航空集群作戰(zhàn)特點33
2.2基于互為主體的航空集群體系架構(gòu)的建模方法34
2.2.1航空集群資源與柔性聚合的理論及方法34
2.2.2基于互為主體的信息交互流程架構(gòu)36
2.2.3基于互為主體的體系架構(gòu)總體設(shè)計案例37
2.3互為主體航空集群的作戰(zhàn)運用及范式解析40
2.3.1航空集群一體化作戰(zhàn)典型樣式40
2.3.2航空集群相對導(dǎo)航原理42
2.3.3航空集群全源融合相對導(dǎo)航原理55
小結(jié)61第3章航空集群作戰(zhàn)任務(wù)決策理論及應(yīng)用62
3.1航空集群作戰(zhàn)典型任務(wù)62
3.1.1航空集群任務(wù)時序及典型戰(zhàn)術(shù)分析62
3.1.2集群作戰(zhàn)典型任務(wù)作戰(zhàn)場景簡介65
3.1.3航空集群作戰(zhàn)遠景目標發(fā)展67
3.2主體的重構(gòu)方法68
3.2.1主體重構(gòu)的類型68
3.2.2主體重構(gòu)的觸發(fā)條件69
3.2.3主體重構(gòu)的基本原則70
3.3互為主體在航空集群典型任務(wù)中的運用模式及內(nèi)涵70
3.3.1同層任務(wù)決策模式71
3.3.2跨層任務(wù)決策模式72
3.3.3混合任務(wù)決策模式74
3.4航空集群作戰(zhàn)互為主體任務(wù)決策流程詳解77
小結(jié)81第4章航空集群典型同層任務(wù)決策協(xié)同搜索82
4.1航空集群協(xié)同搜索中的主體選擇與轉(zhuǎn)換方法及流程82
4.1.1協(xié)同搜索問題分析82
4.1.2主體選擇與轉(zhuǎn)換方法84
4.2協(xié)同搜索模型構(gòu)建方法及實現(xiàn)85
4.2.1偵察任務(wù)模型86
4.2.2無人機運動模型87
4.2.3無人機傳感器模型87
4.2.4無人機自身約束模型88
4.2.5協(xié)同搜索約束模型88
4.2.6協(xié)同搜索性能指標89
4.2.7目標概率圖初始化與更新92
4.3協(xié)同搜索算法的基礎(chǔ)理論93
4.3.1標準粒子群算法94
4.3.2粒子群算法常見改進方法96
4.3.3粒子群算法拓撲結(jié)構(gòu)99
4.3.4粒子群算法收斂性分析100
4.3.5基本粒子群算法與多智能體理論103
4.3.6合弄結(jié)構(gòu)理論106
4.3.7基于合弄結(jié)構(gòu)的改進分布式粒子群算法110
4.4協(xié)同搜索策略基礎(chǔ)及分類114
4.4.1基于MDCDPSO的無人機集群協(xié)同搜索策略115
4.4.2基于FCODPSO的無人機集群協(xié)同搜索策略120
4.4.3基于ACEDPSO的無人機集群協(xié)同搜索策略123
4.5仿真驗證分析125
4.5.1仿真基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定125
4.5.2MDCDPSO性能分析案例126
4.5.3FCODPSO性能分析案例130
4.5.4ACEDPSO性能分析案例133
小結(jié)134第5章航空集群典型跨層任務(wù)決策協(xié)同有源定位136
5.1航空集群協(xié)同有源定位中的主體選擇與轉(zhuǎn)換方法136
5.2航空集群協(xié)同有源定位模型138
5.3基于CRLB的多發(fā)多收最優(yōu)構(gòu)型分類及內(nèi)涵139
5.3.1一發(fā)多收最優(yōu)構(gòu)型140
5.3.2兩發(fā)多收最優(yōu)構(gòu)型143
5.3.3多發(fā)多收最優(yōu)構(gòu)型145
5.3.4收發(fā)同址最優(yōu)構(gòu)型149
5.4基于雷達模糊函數(shù)的多發(fā)多收波束分析151
5.4.1雙基地雷達模糊函數(shù)分析151
5.4.2多基地雷達模糊函數(shù)分析153
5.5多發(fā)多收定位算法與聯(lián)合優(yōu)化方法及準則154
5.5.1收發(fā)分置三步最小二乘算法154
5.5.2發(fā)同址三步最小二乘算法157
5.5.3定位構(gòu)型與波束聯(lián)合優(yōu)化準則160
5.6仿真驗證案例162
5.6.1多發(fā)多收構(gòu)型162
5.6.2波束優(yōu)化選擇164
5.6.3定位構(gòu)型與波束聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果165
小結(jié)166第6章航空集群典型混合任務(wù)決策定位與航跡欺騙167
6.1航空集群定位與航跡欺騙中的主體選擇與轉(zhuǎn)換方法167
6.1.1航跡欺騙問題內(nèi)涵167
6.1.2定位與航跡欺騙雙任務(wù)聯(lián)合優(yōu)化問題內(nèi)涵169
6.1.3主體選擇與轉(zhuǎn)換172
6.2TDOA/FDOA定位與航跡欺騙聯(lián)合優(yōu)化模型173
6.2.1TDOA/FDOA定位模型173
6.2.2航跡欺騙模型175
6.2.3航跡欺騙不確定性預(yù)估176
6.3定位/航跡欺騙雙任務(wù)聯(lián)合優(yōu)化方法182
6.3.1基于LOS導(dǎo)引律的航跡欺騙偏差補償方法183
6.3.2基于FIM的定位構(gòu)型優(yōu)化184
6.3.3雙任務(wù)聯(lián)合優(yōu)化流程185
6.4仿真驗證案例187
6.4.1虛假航跡設(shè)計性能分析187
6.4.2延時轉(zhuǎn)發(fā)策略/欺騙距離性能驗證189
6.4.3TDOA/FDOA定位與航跡欺騙雙任務(wù)聯(lián)合優(yōu)化性能驗證190
小結(jié)195第7章航空集群協(xié)同任務(wù)干擾抑制196
7.1航空集群協(xié)同干擾抵制中的主體選擇與轉(zhuǎn)換方法196
7.2單航空平臺衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法197
7.2.1自適應(yīng)陣列信號處理模型198
7.2.2空時域衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法202
7.2.3空頻域衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法203
7.2.4極化空域衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法207
7.3航空集群分布式協(xié)作抗干擾方法210
7.3.1航空集群分布式協(xié)作系統(tǒng)210
7.3.2航空集群分布式協(xié)作抗干擾流程211
7.4仿真驗證案例213
7.4.1空時域衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法驗證213
7.4.2空頻域衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法驗證218
7.4.3極化空域衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾方法驗證221
小結(jié)224第8章結(jié)束語225參考文獻227
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