兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2617-2628.doi: 10.12382/bgxb.2023.0566
万斯来1, 王国新1, 明振军1,*(), 李传浩1, 阎艳1, 丁伟1, 袁珂1, 王玉茜2
收稿日期:
2023-06-09
上线日期:
2023-12-14
通讯作者:
基金资助:
WAN Silai1, WANG Guoxin1, MING Zhenjun1,*(), LI Chuanhao1, YAN Yan1, DING Wei1, YUAN Ke1, WANG Yuqian2
Received:
2023-06-09
Online:
2023-12-14
摘要:
针对武器装备体系的杀伤链设计问题,提出一种基于自适应几何估计多目标进化算法(Adaptive Geometry Estimation based Multi-Objective Evolutionary Algorithm, AGE-MOEA)的杀伤链建模与优化方法。围绕杀伤链闭合的设计思路,结合OODA循环理论,以传统火力分配模型为基础,综合考虑侦察、指控、打击3类武器装备,建立以打击效能最大、武器消耗最小和损毁威胁最小为目标函数,以装备使用约束、杀伤链关系约束和毁伤门限约束为约束条件的杀伤链设计多目标优化数学模型,实现对杀伤链设计问题数学表征;提出基于AGE-MOEA的杀伤链优化设计方法流程,用于求解杀伤链设计多目标优化数学模型。进行数值仿真实验和防空反导作战场景下的杀伤链设计实验。研究结果表明:杀伤链建模与优化方法能够保证所有目标杀伤链闭合的前提下,同时追求打击效能、武器消耗和损毁威胁最优,求解得到杀伤链方案,形成分布式杀伤力;验证了杀伤链设计多目标优化数学模型的科学性,AGE-MOEA求解杀伤链设计问题的有效性,以及杀伤链设计方法在实际军事作战问题的可行性。
中图分类号:
万斯来, 王国新, 明振军, 李传浩, 阎艳, 丁伟, 袁珂, 王玉茜. 基于AGE-MOEA的杀伤链建模与优化方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2617-2628.
WAN Silai, WANG Guoxin, MING Zhenjun, LI Chuanhao, YAN Yan, DING Wei, YUAN Ke, WANG Yuqian. Modeling and Optimization Method of Kill Chains Based on AGE-MOEA[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2617-2628.
装备阵营 | 参数 | 取值 |
---|---|---|
装备精度 | [0.8,0.9]中取随机数 | |
弹药成本 | [100,200]中取随机数 | |
我方 | 装备成本 | [400,600]中取随机数 |
多目标能力 | 侦察:2;指控:8 | |
通信矩阵 | [0,1]中取随机数 | |
指控矩阵 | [0,1]中取随机数 | |
目标价值 | [600,800]中取随机数 | |
敌方 | 威胁度 | [0.8,0.9]中取随机数 |
毁伤门限 | [0.4,0.6]中取随机数 |
表1 装备参数取值表
Table 1 Equipment parameters
装备阵营 | 参数 | 取值 |
---|---|---|
装备精度 | [0.8,0.9]中取随机数 | |
弹药成本 | [100,200]中取随机数 | |
我方 | 装备成本 | [400,600]中取随机数 |
多目标能力 | 侦察:2;指控:8 | |
通信矩阵 | [0,1]中取随机数 | |
指控矩阵 | [0,1]中取随机数 | |
目标价值 | [600,800]中取随机数 | |
敌方 | 威胁度 | [0.8,0.9]中取随机数 |
毁伤门限 | [0.4,0.6]中取随机数 |
算法 | 打击效能目标 | 弹药消耗目标 | 损毁威胁目标 |
---|---|---|---|
AGE-MOEA | 11193 | 2655 | 10141 |
SGA-Ⅱ | 11182 | 2709 | 10499 |
NSGA-Ⅲ | 11187 | 2703 | 10165 |
表2 各算法求解结果各目标的最优值
Table 2 Optimal value of each object of each algorithm's solution
算法 | 打击效能目标 | 弹药消耗目标 | 损毁威胁目标 |
---|---|---|---|
AGE-MOEA | 11193 | 2655 | 10141 |
SGA-Ⅱ | 11182 | 2709 | 10499 |
NSGA-Ⅲ | 11187 | 2703 | 10165 |
装备类型 | 装备编号 | 数量 | 单元编号 | 装备精度 | 弹药成本/美元 | 装备成本/美元 | 多目标能力 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
侦察装备 | Radar_A(SAM) | 2 | Radar_A_1、Radar_A_2 | 0.92 | 4000 | 4 | |
Radar_B(SAM) | 2 | Radar_B_1、Radar_B_2 | 0.94 | 6000 | 6 | ||
指控装备 | 指控中心(SAM) | 2 | 指控中心_1、指控中心_2 | 0.95 | 9000 | 8 | |
Missile_A(SAM) | 12 | Missile_A_1~Missile_A_12 | 0.88 | 300 | |||
打击装备 | Missile_B(SAM) | 12 | Missile_B_1~Missile_B_12 | 0.95 | 500 | ||
Missile_C(Fighter) | 8 | Missile_B_1~Missile_B_8 | 0.9 | 400 |
表3 红军兵力构成
Table 3 Composition of red forces
装备类型 | 装备编号 | 数量 | 单元编号 | 装备精度 | 弹药成本/美元 | 装备成本/美元 | 多目标能力 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
侦察装备 | Radar_A(SAM) | 2 | Radar_A_1、Radar_A_2 | 0.92 | 4000 | 4 | |
Radar_B(SAM) | 2 | Radar_B_1、Radar_B_2 | 0.94 | 6000 | 6 | ||
指控装备 | 指控中心(SAM) | 2 | 指控中心_1、指控中心_2 | 0.95 | 9000 | 8 | |
Missile_A(SAM) | 12 | Missile_A_1~Missile_A_12 | 0.88 | 300 | |||
打击装备 | Missile_B(SAM) | 12 | Missile_B_1~Missile_B_12 | 0.95 | 500 | ||
Missile_C(Fighter) | 8 | Missile_B_1~Missile_B_8 | 0.9 | 400 |
装备编号 | 数量 | 单元编号 | 目标价值/美元 | 威胁度 | 毁伤门限 |
---|---|---|---|---|---|
Fighter_A | 2 | Fighter_A_1、Fighter_A_2 | 7800 | 1.0 | 0.8 |
Fighter_B | 2 | Fighter_B_1、Fighter_B_2 | 6500 | 0.8 | 0.8 |
UAV | 8 | UAV_1~UAV_8 | 1590 | 0.4 | 0.6 |
表4 蓝军兵力构成
Table 4 Composition of blue forces
装备编号 | 数量 | 单元编号 | 目标价值/美元 | 威胁度 | 毁伤门限 |
---|---|---|---|---|---|
Fighter_A | 2 | Fighter_A_1、Fighter_A_2 | 7800 | 1.0 | 0.8 |
Fighter_B | 2 | Fighter_B_1、Fighter_B_2 | 6500 | 0.8 | 0.8 |
UAV | 8 | UAV_1~UAV_8 | 1590 | 0.4 | 0.6 |
目标 | 侦察单元 | 指控单元 | 打击单元 | 目标 | 侦察单元 | 指控单元 | 打击单元 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Fighter_A_1 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_B_2 | UAV_2 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_A_8 |
Fighter_A_1 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_C_5 | UAV_3 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_A_9 |
Fighter_A_2 | Radar_B_2 | 指控中心_1 | Missile_A_4 | UAV_3 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_1 |
Fighter_A_2 | Radar_B_2 | 指控中心_1 | Missile_A_10 | UAV_4 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_A_12 |
Fighter_A_2 | Radar_B_2 | 指控中心_1 | Missile_B_12 | UAV_4 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_C_2 |
Fighter_B_1 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_B_1 | UAV_5 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_C_3 |
Fighter_B_1 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_6 | UAV_5 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_C_8 |
Fighter_B_1 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_7 | UAV_6 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_B_4 |
Fighter_B_2 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_2 | UAV_6 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_4 |
Fighter_B_2 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_5 | UAV_7 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_1 |
Fighter_B_2 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_7 | UAV_7 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_B_9 |
UAV_1 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_A_6 | UAV_8 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_A_11 |
UAV_1 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_B_7 | UAV_8 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_B_11 |
UAV_2 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_A_3 |
表5 杀伤链列表
Table 5 Kill chains list
目标 | 侦察单元 | 指控单元 | 打击单元 | 目标 | 侦察单元 | 指控单元 | 打击单元 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Fighter_A_1 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_B_2 | UAV_2 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_A_8 |
Fighter_A_1 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_C_5 | UAV_3 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_A_9 |
Fighter_A_2 | Radar_B_2 | 指控中心_1 | Missile_A_4 | UAV_3 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_1 |
Fighter_A_2 | Radar_B_2 | 指控中心_1 | Missile_A_10 | UAV_4 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_A_12 |
Fighter_A_2 | Radar_B_2 | 指控中心_1 | Missile_B_12 | UAV_4 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_C_2 |
Fighter_B_1 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_B_1 | UAV_5 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_C_3 |
Fighter_B_1 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_6 | UAV_5 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_C_8 |
Fighter_B_1 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_7 | UAV_6 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_B_4 |
Fighter_B_2 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_2 | UAV_6 | Radar_B_1 | 指控中心_2 | Missile_C_4 |
Fighter_B_2 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_5 | UAV_7 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_1 |
Fighter_B_2 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_A_7 | UAV_7 | Radar_B_2 | 指控中心_2 | Missile_B_9 |
UAV_1 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_A_6 | UAV_8 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_A_11 |
UAV_1 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_B_7 | UAV_8 | Radar_B_1 | 指控中心_1 | Missile_B_11 |
UAV_2 | Radar_A_1 | 指控中心_1 | Missile_A_3 |
[1] |
罗鹏程, 傅攀峰, 周经伦. 武器装备体系作战能力评估框架[J]. 系统工程与电子技术, 2005, 27(1): 72-75.
|
|
|
[2] |
陈启宏, 赵青松, 邱薇, 等. 基于动态博弈的武器装备体系发展规划论证方法[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(10): 3124-3133.
doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.10.16 |
|
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
陈登, 陈楚湘, 周春华. 基于“OODA环”的杀伤网节点重要性评估[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 363-372.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0623 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0623 |
|
[6] |
高保慧, 胡海. 天空海一体对海打击动态杀伤网作战概念研究[J]. 舰船电子工程, 2023, 43(1): 28-31.
|
|
|
[7] |
王玉茜, 曹亚杰, 佘晓琼, 等. 美军杀伤网概念研究及对我防空作战装备体系的启示[J]. 现代防御技术, 2023, 51(6): 1-8.
doi: 10.3969/j.issn.1009-086x.2023.06.001 |
|
|
[8] |
王梦, 杨松, 李小波, 等. 基于可执行架构的杀伤链设计与分析优化方法[J]. 系统仿真技术, 2021, 17(3): 169-174.
|
|
|
[9] |
刘畅, 张雪松. 基于立体网络模型的机群杀伤链架构与规划研究[J]. 中国电子科学研究院学报, 2021, 16(5): 468-479.
|
|
|
[10] |
向南, 豆亚杰, 姜江, 等. 马赛克战概念下作战模块应急重构自主决策[J]. 指挥与控制学报, 2020, 6(3): 223-228.
|
|
|
[11] |
钱丰, 赵红. 有无人协同杀伤链引擎设计与实现[J]. 信息化研究, 2023, 49(2): 41-47.
|
|
|
[12] |
杨争争, 白浩, 侯勇. 陆战场杀伤网模型与资源优化初探[J]. 火炮发射与控制学报, 2022, 43(5): 49-53.
|
|
|
[13] |
夏博远, 杨克巍, 杨志伟, 等. 基于杀伤网评估的装备组合多目标优化[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(2): 399-409.
doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.02.15 |
|
|
[14] |
万斯来, 王国新, 明振军, 等. 基于知识推理的杀伤网智能设计方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1025-1037.
doi: 10.12382/bgxb.2022.1077 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.1077 |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
智洪欣, 赵鹏, 李中, 等. 基于可射击概率约束的防空作战火力优化分配[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 952-959.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0177 |
|
|
[19] |
|
[20] |
褚凯轩, 常天庆, 张雷. 基于改进人工蜂群算法的地面作战武器-目标分配[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 2171-2183.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0294 |
|
|
[21] |
|
[22] |
王, 赵文飞, 滕克难, 等. 不确定因素下海上要地防空动态火力分配模型[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2885-2896.
|
|
|
[23] |
|
[24] |
聂俊峰, 陈行军, 苏琦. 基于NSGA-Ⅲ算法的集群目标来袭火力分配建模与优化[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1771-1779.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.08.022 |
|
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[1] | 刘盛钰, 齐小刚, 刘立芳. 伴随维修资源配置与任务调度的多目标联合优化[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2442-2450. |
[2] | 魏嘉麟, 王又珑, 温旭辉, 陈晨, 李文善. 航空飞行器用300kW高速永磁同步电机优化设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1363-1373. |
[3] | 万斯来, 王国新, 明振军, 阎艳, 郝佳. 基于知识推理的杀伤网智能设计方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1025-1037. |
[4] | 陈登, 陈楚湘, 周春华. 基于OODA环的杀伤网节点重要性评估[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 363-372. |
[5] | 孙士明, 郁伟, 王晓辉, 李振旺, 刘彩连. 基于多目标优化的跨介质航行体水面滑跳初始运动参数设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 541-551. |
[6] | 傅耀宇, 贵新成, 周云波, 刘家志, 石昊, 王铮. 破片杀伤战斗部空爆状态下车顶夹芯板防护性能分析与优化设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 69-84. |
[7] | 张安, 徐双飞, 毕文豪, 徐晗. 空地多目标攻击武器-目标分配与制导序列优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2233-2244. |
[8] | 杜伟伟, 陈小伟. 陆军战术级作战任务分配及优化方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1431-1442. |
[9] | 李京峰, 陈云翔, 项华春, 高杨军, 赵静. 考虑横向转运和紧急配送的战时多目标备件调度方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 816-830. |
[10] | 张宁, 史金光, 王中原, 赵新新. 基于支持向量回归模型的弹用冲压发动机性能预测及优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2944-2953. |
[11] | 陈文钰, 李为民, 张涛, 邵雷, 徐海洋, 王希. 基于作战交互网络的体系作战能力计算[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2885-2896. |
[12] | 颜建虎, 李彪, 时岩, 张凌宇, 衡培然. 主动悬架用非均匀齿圆筒型永磁直线电机多目标分层优化设计[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 40-50. |
[13] | 赵子熹, 姜毅, 贾启明, 牛钰森. 基于高压工质的弹射内弹道研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1553-1564. |
[14] | 鲁宇明, 张祥飞, 黎明, 赵闵清. 基于约束多目标优化算法的夹具定位方案稳健性优化设计[J]. 兵工学报, 2022, 43(3): 686-693. |
[15] | 胡晶, 翟九童, 张心明,李海龙,荀博. 基于响应面法的双级串联轴承结构优化设计[J]. 兵工学报, 2022, 43(3): 694-703. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||