
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (S1): 250142-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0142
收稿日期:2025-03-05
上线日期:2025-11-06
通讯作者:
CHEN Fawei, CHEN Song*(
), WANG Sheng, LIU Chencheng, YUE Jiaying
Received:2025-03-05
Online:2025-11-06
摘要:
聚焦多无人机干扰地面通信网的协同优化问题,以压制整个通信网为约束条件,最小化多干扰无人机的最大功率为优化目标,将复杂干扰资源分配问题转化为传统带约束条件的组合优化问题。设计基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的混合粒子群优化(Hibrid Particle Swarm Optimization,HPSO)算法,把无人机三维位置和干扰机功率联合为粒子位置进行优化,并引入武器威胁模型。仿真实验对比PSO、麻雀搜索算法和遗传算法3种算法,结果显示HPSO收敛速度更快,能高效找到合适的无人机部署方案。在不同无人机数量任务场景下,HPSO的干扰效果良好且稳定性强,是更适用于多无人机协同干扰地面通信网优化任务的有效算法。研究成果为多无人机协同干扰地面通信网提供了有效的方案和算法,对提升无人化网电对抗能力有重要意义。
陈发玮, 陈松, 王盛, 刘成城, 岳嘉颖. 基于混合粒子群算法的无人机协同干扰任务分配方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(S1): 250142-.
CHEN Fawei, CHEN Song, WANG Sheng, LIU Chencheng, YUE Jiaying. A Method for UAV Cooperative Jamming Task Allocation based on HPSO Algorithm[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(S1): 250142-.
| 参数 | 值 | 单位 | |
|---|---|---|---|
| 通信端 | 工作频率 | 280 | MHz |
| 发射功率 | 20 | W | |
| 发射天线增益 | 6 | dbi | |
| 接收天线增益 | 6 | dbi | |
| 发射天线高度 | 1.5 | m | |
| 接收天线高度 | 1.5 | m | |
| 反无人机武器 | 有效攻击距离 | 1.6 | km |
| 最小攻击半径 | 0.1 | km | |
| 攻击高度 | 1.6 | km | |
| 干扰端 | 工作频率 | 280 | GHz |
| 最大发射功率 | 10 | W | |
| 天线增益 | 3 | dbi | |
| 波束角度 | 90° | \ | |
| 信号合成效率 | 60% | \ | |
| 干扰门限 | 3 | \ | |
表1 实验设备参数
Table 1 Parameters of experimental equipment
| 参数 | 值 | 单位 | |
|---|---|---|---|
| 通信端 | 工作频率 | 280 | MHz |
| 发射功率 | 20 | W | |
| 发射天线增益 | 6 | dbi | |
| 接收天线增益 | 6 | dbi | |
| 发射天线高度 | 1.5 | m | |
| 接收天线高度 | 1.5 | m | |
| 反无人机武器 | 有效攻击距离 | 1.6 | km |
| 最小攻击半径 | 0.1 | km | |
| 攻击高度 | 1.6 | km | |
| 干扰端 | 工作频率 | 280 | GHz |
| 最大发射功率 | 10 | W | |
| 天线增益 | 3 | dbi | |
| 波束角度 | 90° | \ | |
| 信号合成效率 | 60% | \ | |
| 干扰门限 | 3 | \ | |
| 算法 | 参数 | 值 |
|---|---|---|
| 通用 | 种群规模 | 100 |
| 最大迭代次数 | 500 | |
| 通信节点数量 | 3/4/5 | |
| 无人机数量 | 1/2/3/4/5 | |
| HPSO | 学习因子 | c1=1.5 c2=2.0 |
| 迭代权重下降率 | 0.99 | |
| PSO | 学习因子 | c1=1.5 c2=2.0 |
| SSA | 发现者比例 | 0.2 |
| 预警值 | 0.8 | |
| GA | 突变概率 | 0.1 |
| 交叉概率 | 0.7 |
表2 算法参数
Table 2 Algorithm parameters
| 算法 | 参数 | 值 |
|---|---|---|
| 通用 | 种群规模 | 100 |
| 最大迭代次数 | 500 | |
| 通信节点数量 | 3/4/5 | |
| 无人机数量 | 1/2/3/4/5 | |
| HPSO | 学习因子 | c1=1.5 c2=2.0 |
| 迭代权重下降率 | 0.99 | |
| PSO | 学习因子 | c1=1.5 c2=2.0 |
| SSA | 发现者比例 | 0.2 |
| 预警值 | 0.8 | |
| GA | 突变概率 | 0.1 |
| 交叉概率 | 0.7 |
| 优化 算法 | 收敛结果 /mW | 收敛所需 迭代次数 | 500次迭代 耗时/s |
|---|---|---|---|
| HPSO | 198.2 | 349 | 3.4132 |
| PSO | 845.0 | 120 | 3.1365 |
| GA | 213.6 | 413 | 2.1105 |
| SSA | 568.9 | 397 | 2.7814 |
表3 算法收敛结果、所需迭代次数和用时
Table 3 Algorithm convergence results,required number of iterations,and time consumption
| 优化 算法 | 收敛结果 /mW | 收敛所需 迭代次数 | 500次迭代 耗时/s |
|---|---|---|---|
| HPSO | 198.2 | 349 | 3.4132 |
| PSO | 845.0 | 120 | 3.1365 |
| GA | 213.6 | 413 | 2.1105 |
| SSA | 568.9 | 397 | 2.7814 |
| 优化算法 | 无人机数量 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| 均值/mW | 标准差 | 均值/mW | 标准差 | 均值/mW | 标准差 | 均值/mW | 标准差 | |
| HPSO | 4335.4 | 2.1025 | 1428.1 | 84.6326 | 587.1 | 202.8969 | 457.2 | 145.1874 |
| PSO | 4391.1 | 21.9383 | 1707.2 | 200.9812 | 1212.3 | 184.4226 | 1205.3 | 238.8103 |
| GA | 4806.9 | 505.5576 | 1788.6 | 498.2177 | 825.6 | 544.6463 | 542.7 | 291.4976 |
| SSA | 4356.9 | 17.7355 | 1499.7 | 147.5595 | 792.0 | 277.5229 | 640.6 | 229.4819 |
表4 不同无人机数量时,50次实验结果的均值和标准差
Table 4 Mean and standard deviation of results of 50 experiments with different numbers of UAVs
| 优化算法 | 无人机数量 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| 均值/mW | 标准差 | 均值/mW | 标准差 | 均值/mW | 标准差 | 均值/mW | 标准差 | |
| HPSO | 4335.4 | 2.1025 | 1428.1 | 84.6326 | 587.1 | 202.8969 | 457.2 | 145.1874 |
| PSO | 4391.1 | 21.9383 | 1707.2 | 200.9812 | 1212.3 | 184.4226 | 1205.3 | 238.8103 |
| GA | 4806.9 | 505.5576 | 1788.6 | 498.2177 | 825.6 | 544.6463 | 542.7 | 291.4976 |
| SSA | 4356.9 | 17.7355 | 1499.7 | 147.5595 | 792.0 | 277.5229 | 640.6 | 229.4819 |
| 优化算法 | 无人机数量 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | |||||||
| 最优值/mW | 均值/mW | 标准差 | 最优值/mW | 均值/mW | 标准差 | 最优值/mW | 均值/mW | 标准差 | |
| HPSO | 1472.6 | 1493.8 | 140.1869 | 27.0 | 195.2 | 118.345 | 34.5 | 228.7 | 120.2773 |
| PSO | 1488.9 | 1544.4 | 26.2027 | 644.4 | 844.5 | 95.756 | 459.5 | 724.9 | 146.1004 |
| GA | 1472.6 | 1873.3 | 556.0944 | 195.1 | 840.0 | 612.9107 | 162.0 | 568.5 | 529.9747 |
| SSA | 1476.3 | 1536.9 | 137.3996 | 224.7 | 678.4 | 319.6044 | 198.0 | 490.5 | 151.7945 |
表5 目标数N=3时不同无人机数量的优化结果
Table 5 Optimized results of different numbers of UAVs when the target number N=3
| 优化算法 | 无人机数量 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | |||||||
| 最优值/mW | 均值/mW | 标准差 | 最优值/mW | 均值/mW | 标准差 | 最优值/mW | 均值/mW | 标准差 | |
| HPSO | 1472.6 | 1493.8 | 140.1869 | 27.0 | 195.2 | 118.345 | 34.5 | 228.7 | 120.2773 |
| PSO | 1488.9 | 1544.4 | 26.2027 | 644.4 | 844.5 | 95.756 | 459.5 | 724.9 | 146.1004 |
| GA | 1472.6 | 1873.3 | 556.0944 | 195.1 | 840.0 | 612.9107 | 162.0 | 568.5 | 529.9747 |
| SSA | 1476.3 | 1536.9 | 137.3996 | 224.7 | 678.4 | 319.6044 | 198.0 | 490.5 | 151.7945 |
| 优化算法 | 无人机数量 | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||||||||
| 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | |
| HPSO | 3426.5 | 3476.5 | 43.3 | 1480.5 | 1710.4 | 161.3 | 748.4 | 1029.1 | 165.6 | 314.5 | 662.9 | 244.3 | 261.3 | 472.7 | 166.6 |
| PSO | 3485.1 | 3561.1 | 43.8 | 1608.7 | 1983.9 | 120.3 | 1054.6 | 1371.2 | 200.8 | 1018.1 | 1300.8 | 173.2 | 938.4 | 1064.4 | 83.5 |
| GA | 3426.3 | 3613.3 | 218.1 | 1523.7 | 2144.8 | 495.1 | 791.1 | 1320.2 | 396.3 | 325.9 | 936.2 | 342.5 | 288.4 | 729.0 | 419.5 |
| SSA | 3431.4 | 3504.5 | 78.5 | 1466.8 | 1755.5 | 222.8 | 737.5 | 1210.2 | 349.0 | 375.8 | 903.2 | 309.4 | 347.7 | 786.9 | 296.2 |
表6 目标数N=5时不同无人机数量的优化结果
Table 6 Optimized results of different numbers of UAVs when the target number N=5
| 优化算法 | 无人机数量 | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||||||||
| 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | 最优值/ mW | 均值/ mW | 标准差 | |
| HPSO | 3426.5 | 3476.5 | 43.3 | 1480.5 | 1710.4 | 161.3 | 748.4 | 1029.1 | 165.6 | 314.5 | 662.9 | 244.3 | 261.3 | 472.7 | 166.6 |
| PSO | 3485.1 | 3561.1 | 43.8 | 1608.7 | 1983.9 | 120.3 | 1054.6 | 1371.2 | 200.8 | 1018.1 | 1300.8 | 173.2 | 938.4 | 1064.4 | 83.5 |
| GA | 3426.3 | 3613.3 | 218.1 | 1523.7 | 2144.8 | 495.1 | 791.1 | 1320.2 | 396.3 | 325.9 | 936.2 | 342.5 | 288.4 | 729.0 | 419.5 |
| SSA | 3431.4 | 3504.5 | 78.5 | 1466.8 | 1755.5 | 222.8 | 737.5 | 1210.2 | 349.0 | 375.8 | 903.2 | 309.4 | 347.7 | 786.9 | 296.2 |
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