兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 240971-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0971
王露1, 晏江1, 尹鹏1,2, 刘彦1,2,*(), 黄风雷1
收稿日期:
2024-10-18
上线日期:
2025-08-28
通讯作者:
WANG Lu1, YAN Jiang1, YIN Peng1,2, LIU Yan1,2,*(), HUANG Fenglei1
Received:
2024-10-18
Online:
2025-08-28
摘要:
针对火力资源分配维度高、多约束、不连续的求解难题,综合考虑毁伤效能、拦截概率、突防概率、弹药数量、毁伤等级等约束条件,基于最小化导弹使用数量、弹道交叉、被拦截概率和最大化打击时效性4个火力资源分配指标,构建火力资源分配目标函数。从毁伤评估的角度设计毁伤特征,包含打击时效性、综合发射能力、火力覆盖能力、火力突防能力4个作战区特征,以及总数量需求、总成本需求、毁伤等级满足能力、毁伤方案效费比、火力可达性5个毁伤方案特征,基于此搭建融合毁伤特征的适应度评估模型,该模型可用于获取高质量的初始解,大大提升了算法优化效率。进一步使用高效邻域搜索的启发式算法求得火力资源分配问题最优解。实验结果表明,在小、中、大3种规模下,相较于经典遗传算法、粒子群优化算法、鲸鱼优化算法、头脑风暴优化算法、动态高斯突变头脑风暴优化算法和基于规则混沌初始化-动态高斯突变头脑风暴优化算法6种算法,新的融合毁伤特征的火力资源优化分配算法均能够更迅速地获得优化结果,体现了该算法较强的适应性和高效性。
中图分类号:
王露, 晏江, 尹鹏, 刘彦, 黄风雷. 融合毁伤特征的火力资源优化分配算法[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240971-.
WANG Lu, YAN Jiang, YIN Peng, LIU Yan, HUANG Fenglei. Optimal Allocation Algorithm of Firepower Resources Based on the Damage Characteristics[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 240971-.
计算项 | 复杂度 | 计算项 | 复杂度 |
---|---|---|---|
距离矩阵 | O(MN) | 毁伤方案效费比 | O(LKNM) |
打击时效性 | O(NMlgM) | 火力可达性 | O(KNM) |
综合发射能力 | O(KN+LM) | 特征抽取 | O(KN2M) |
火力覆盖能力 | O(KMN) | 生成初始解 | O(KMN) |
火力突防能力 | O(KMN) | 更新方案 | O(KMN) |
总数量需求 | O(LKM) | 弹道交叉计算 | O(N2) |
总成本需求 | O(LKM) | 毁伤指标评分 | O(KMN) |
毁伤等级满足 | O(LM) |
表1 计算复杂度分析
Table 1 Computational complexity analysis
计算项 | 复杂度 | 计算项 | 复杂度 |
---|---|---|---|
距离矩阵 | O(MN) | 毁伤方案效费比 | O(LKNM) |
打击时效性 | O(NMlgM) | 火力可达性 | O(KNM) |
综合发射能力 | O(KN+LM) | 特征抽取 | O(KN2M) |
火力覆盖能力 | O(KMN) | 生成初始解 | O(KMN) |
火力突防能力 | O(KMN) | 更新方案 | O(KMN) |
总数量需求 | O(LKM) | 弹道交叉计算 | O(N2) |
总成本需求 | O(LKM) | 毁伤指标评分 | O(KMN) |
毁伤等级满足 | O(LM) |
函数/模型 | 序号 | 权重系数 |
---|---|---|
综合火力分配效能函数 | 1 | (0.7,0.1,-0.1,0.1) |
2 | (0.1,0.7,-0.1,0.1) | |
3 | (0.1,0.1,-0.7,0.1) | |
4 | (0.1,0.1,-0.1,0.7) | |
作战区综合适应度 评估模型 | 1 | (0.7,0.1,0.05,0.05,0.1) |
2 | (0.1,0.7,0.05,0.05,0.1) | |
3 | (0.1,0.1,0.35,0.35,0.1) | |
4 | (0.1,0.1,0.05,0.05,0.7) | |
单目标毁伤方案适应 度评估模型 | 1 | (0.8,0.05,0.05,0.05,0.05) |
2 | (0.05,0.8,0.05,0.05,0.05) | |
3 | (0.05,0.05,0.8,0.05,0.05) | |
4 | (0.05,0.05,0.05,0.8,0.05) | |
5 | (0.05,0.05,0.05,0.05,0.8) |
表2 权重系数设置
Table 2 Weights setting
函数/模型 | 序号 | 权重系数 |
---|---|---|
综合火力分配效能函数 | 1 | (0.7,0.1,-0.1,0.1) |
2 | (0.1,0.7,-0.1,0.1) | |
3 | (0.1,0.1,-0.7,0.1) | |
4 | (0.1,0.1,-0.1,0.7) | |
作战区综合适应度 评估模型 | 1 | (0.7,0.1,0.05,0.05,0.1) |
2 | (0.1,0.7,0.05,0.05,0.1) | |
3 | (0.1,0.1,0.35,0.35,0.1) | |
4 | (0.1,0.1,0.05,0.05,0.7) | |
单目标毁伤方案适应 度评估模型 | 1 | (0.8,0.05,0.05,0.05,0.05) |
2 | (0.05,0.8,0.05,0.05,0.05) | |
3 | (0.05,0.05,0.8,0.05,0.05) | |
4 | (0.05,0.05,0.05,0.8,0.05) | |
5 | (0.05,0.05,0.05,0.05,0.8) |
实验序号 | 实验变量 | 变化范围 |
---|---|---|
1 | 目标可打击概率 | 20%~100% |
2 | 弹型的数量 | 1~20 |
3 | 毁伤预案的数量 | 1~10 |
表3 实验变量参数
Table 3 Experimental variable parameters
实验序号 | 实验变量 | 变化范围 |
---|---|---|
1 | 目标可打击概率 | 20%~100% |
2 | 弹型的数量 | 1~20 |
3 | 毁伤预案的数量 | 1~10 |
目标可 打击 概率 | 作战 区使 用率 | 导弹型 号使 用率 | 导弹使 用数量 优化率 | 初始弹 道交 叉数 | 优化后 弹道交 叉数 | 综合 突防 概率 | 优化耗 时/s |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0.2 | 0.6 | 0.9 | 0.46 | 63 | 15 | 0.797 | 0.381 |
0.3 | 0.53 | 0.8 | 0.31 | 23 | 3 | 0.864 | 0.255 |
0.4 | 0.47 | 0.8 | 0.37 | 64 | 3 | 0.836 | 0.502 |
0.5 | 0.47 | 0.7 | 0.45 | 26 | 2 | 0.821 | 0.497 |
0.6 | 0.40 | 0.8 | 0.35 | 33 | 1 | 0.813 | 0.924 |
0.7 | 0.33 | 0.7 | 0.53 | 34 | 0 | 0.881 | 0.230 |
0.8 | 0.40 | 0.9 | 0.37 | 30 | 0 | 0.839 | 0.520 |
0.9 | 0.40 | 0.8 | 0.50 | 48 | 0 | 0.865 | 0.264 |
1.0 | 0.20 | 0.8 | 0.32 | 53 | 0 | 0.866 | 0.152 |
表4 目标可打击概率实验结果
Table 4 Experimental results of targets striking probability
目标可 打击 概率 | 作战 区使 用率 | 导弹型 号使 用率 | 导弹使 用数量 优化率 | 初始弹 道交 叉数 | 优化后 弹道交 叉数 | 综合 突防 概率 | 优化耗 时/s |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0.2 | 0.6 | 0.9 | 0.46 | 63 | 15 | 0.797 | 0.381 |
0.3 | 0.53 | 0.8 | 0.31 | 23 | 3 | 0.864 | 0.255 |
0.4 | 0.47 | 0.8 | 0.37 | 64 | 3 | 0.836 | 0.502 |
0.5 | 0.47 | 0.7 | 0.45 | 26 | 2 | 0.821 | 0.497 |
0.6 | 0.40 | 0.8 | 0.35 | 33 | 1 | 0.813 | 0.924 |
0.7 | 0.33 | 0.7 | 0.53 | 34 | 0 | 0.881 | 0.230 |
0.8 | 0.40 | 0.9 | 0.37 | 30 | 0 | 0.839 | 0.520 |
0.9 | 0.40 | 0.8 | 0.50 | 48 | 0 | 0.865 | 0.264 |
1.0 | 0.20 | 0.8 | 0.32 | 53 | 0 | 0.866 | 0.152 |
弹型 数量 | 作战区 使用率 | 导弹型 号使 用率 | 导弹使 用数量 优化率 | 初始弹 道交 叉数 | 优化后 弹道交 叉数 | 综合突 防概率 | 优化耗 时/s |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.20 | 1 | 0.42 | 27 | 0 | 0.91 | 0.123 |
2 | 0.47 | 1 | 0.44 | 40 | 0 | 0.85 | 0.507 |
3 | 0.33 | 1 | 0.53 | 31 | 0 | 0.85 | 0.249 |
4 | 0.40 | 1 | 0.40 | 36 | 0 | 0.85 | 0.231 |
5 | 0.27 | 1 | 0.49 | 34 | 0 | 0.92 | 0.371 |
6 | 0.13 | 1 | 0.39 | 32 | 0 | 0.83 | 0.206 |
7 | 0.33 | 0.86 | 0.45 | 37 | 0 | 0.87 | 0.692 |
8 | 0.20 | 0.87 | 0.37 | 13 | 0 | 0.87 | 0.187 |
9 | 0.27 | 0.78 | 0.16 | 32 | 0 | 0.87 | 0.243 |
10 | 0.33 | 0.90 | 0.22 | 57 | 0 | 0.84 | 0.367 |
11 | 0.33 | 0.73 | 0.38 | 24 | 0 | 0.91 | 0.545 |
12 | 0.20 | 0.58 | 0.59 | 18 | 0 | 0.85 | 0.148 |
13 | 0.13 | 0.69 | 0.26 | 40 | 0 | 0.84 | 0.181 |
14 | 0.27 | 0.79 | 0.45 | 32 | 0 | 0.86 | 0.342 |
15 | 0.27 | 0.67 | 0.30 | 51 | 0 | 0.89 | 0.351 |
16 | 0.33 | 0.69 | 0.23 | 43 | 0 | 0.81 | 0.129 |
17 | 0.33 | 0.65 | 0.11 | 60 | 0 | 0.87 | 0.207 |
18 | 0.20 | 0.61 | 0.22 | 24 | 0 | 0.88 | 0.214 |
19 | 0.27 | 0.53 | 0.45 | 39 | 0 | 0.86 | 0.357 |
20 | 0.13 | 0.50 | 0.37 | 32 | 0 | 0.87 | 0.127 |
表5 弹型数量实验结果
Table 5 Experimental results of the number of different projectiles
弹型 数量 | 作战区 使用率 | 导弹型 号使 用率 | 导弹使 用数量 优化率 | 初始弹 道交 叉数 | 优化后 弹道交 叉数 | 综合突 防概率 | 优化耗 时/s |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.20 | 1 | 0.42 | 27 | 0 | 0.91 | 0.123 |
2 | 0.47 | 1 | 0.44 | 40 | 0 | 0.85 | 0.507 |
3 | 0.33 | 1 | 0.53 | 31 | 0 | 0.85 | 0.249 |
4 | 0.40 | 1 | 0.40 | 36 | 0 | 0.85 | 0.231 |
5 | 0.27 | 1 | 0.49 | 34 | 0 | 0.92 | 0.371 |
6 | 0.13 | 1 | 0.39 | 32 | 0 | 0.83 | 0.206 |
7 | 0.33 | 0.86 | 0.45 | 37 | 0 | 0.87 | 0.692 |
8 | 0.20 | 0.87 | 0.37 | 13 | 0 | 0.87 | 0.187 |
9 | 0.27 | 0.78 | 0.16 | 32 | 0 | 0.87 | 0.243 |
10 | 0.33 | 0.90 | 0.22 | 57 | 0 | 0.84 | 0.367 |
11 | 0.33 | 0.73 | 0.38 | 24 | 0 | 0.91 | 0.545 |
12 | 0.20 | 0.58 | 0.59 | 18 | 0 | 0.85 | 0.148 |
13 | 0.13 | 0.69 | 0.26 | 40 | 0 | 0.84 | 0.181 |
14 | 0.27 | 0.79 | 0.45 | 32 | 0 | 0.86 | 0.342 |
15 | 0.27 | 0.67 | 0.30 | 51 | 0 | 0.89 | 0.351 |
16 | 0.33 | 0.69 | 0.23 | 43 | 0 | 0.81 | 0.129 |
17 | 0.33 | 0.65 | 0.11 | 60 | 0 | 0.87 | 0.207 |
18 | 0.20 | 0.61 | 0.22 | 24 | 0 | 0.88 | 0.214 |
19 | 0.27 | 0.53 | 0.45 | 39 | 0 | 0.86 | 0.357 |
20 | 0.13 | 0.50 | 0.37 | 32 | 0 | 0.87 | 0.127 |
毁伤预 案数量 | 作战区 使用率 | 导弹型 号使 用率 | 导弹使 用数量 优化率 | 初始 弹道 交叉数 | 优化后 弹道交 叉数 | 综合突 防概率 | 优化耗 时/s |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.33 | 0.9 | -0.10 | 28 | 0 | 0.85 | 0.255 |
2 | 0.40 | 0.8 | 0 | 67 | 0 | 0.87 | 0.494 |
3 | 0.20 | 0.9 | 0.10 | 40 | 0 | 0.86 | 0.208 |
4 | 0.33 | 0.9 | 0.16 | 32 | 0 | 0.87 | 0.288 |
5 | 0.13 | 0.9 | 0.34 | 35 | 1 | 0.82 | 0.172 |
6 | 0.27 | 0.9 | 0.28 | 34 | 0 | 0.85 | 0.444 |
7 | 0.20 | 0.9 | 0.15 | 40 | 0 | 0.84 | 0.321 |
8 | 0.27 | 0.9 | 0.35 | 51 | 0 | 0.90 | 0.520 |
9 | 0.27 | 0.8 | 0.52 | 45 | 0 | 0.89 | 0.155 |
10 | 0.40 | 0.9 | 0.26 | 41 | 0 | 0.87 | 0.289 |
表6 毁伤预案数量实验结果
Table 6 Experimental results of the number of damage schemes
毁伤预 案数量 | 作战区 使用率 | 导弹型 号使 用率 | 导弹使 用数量 优化率 | 初始 弹道 交叉数 | 优化后 弹道交 叉数 | 综合突 防概率 | 优化耗 时/s |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.33 | 0.9 | -0.10 | 28 | 0 | 0.85 | 0.255 |
2 | 0.40 | 0.8 | 0 | 67 | 0 | 0.87 | 0.494 |
3 | 0.20 | 0.9 | 0.10 | 40 | 0 | 0.86 | 0.208 |
4 | 0.33 | 0.9 | 0.16 | 32 | 0 | 0.87 | 0.288 |
5 | 0.13 | 0.9 | 0.34 | 35 | 1 | 0.82 | 0.172 |
6 | 0.27 | 0.9 | 0.28 | 34 | 0 | 0.85 | 0.444 |
7 | 0.20 | 0.9 | 0.15 | 40 | 0 | 0.84 | 0.321 |
8 | 0.27 | 0.9 | 0.35 | 51 | 0 | 0.90 | 0.520 |
9 | 0.27 | 0.8 | 0.52 | 45 | 0 | 0.89 | 0.155 |
10 | 0.40 | 0.9 | 0.26 | 41 | 0 | 0.87 | 0.289 |
规模分类 | N | M |
---|---|---|
小规模 | 10 | 5 |
20 | 10 | |
5 | 10 | |
10 | 20 | |
中规模 | 30 | 15 |
40 | 20 | |
15 | 30 | |
20 | 40 | |
大规模 | 50 | 25 |
60 | 30 | |
25 | 50 | |
30 | 60 |
表7 实验4变量参数
Table 7 Variable parameters of Experiment 4
规模分类 | N | M |
---|---|---|
小规模 | 10 | 5 |
20 | 10 | |
5 | 10 | |
10 | 20 | |
中规模 | 30 | 15 |
40 | 20 | |
15 | 30 | |
20 | 40 | |
大规模 | 50 | 25 |
60 | 30 | |
25 | 50 | |
30 | 60 |
规模 | 40≤m,n≤80 | 80≤m,n≤120 | 120≤m,n≤200 |
---|---|---|---|
GA | 33.709 | 157.471 | 605.796 |
PSO | 35.911 | 174.533 | 649.032 |
WOA | 35.126 | 165.325 | 649.032 |
BSO | 35.126 | 181.774 | 620.101 |
DGMBSO | 37.947 | 180.916 | 668.363 |
RCI-DGMBSO | 37.657 | 177.968 | 668.811 |
本文算法 | 32.262 | 109.409 | 459.658 |
表8 算法性能对比结果
Table 8 Algorithm performance comparison s
规模 | 40≤m,n≤80 | 80≤m,n≤120 | 120≤m,n≤200 |
---|---|---|---|
GA | 33.709 | 157.471 | 605.796 |
PSO | 35.911 | 174.533 | 649.032 |
WOA | 35.126 | 165.325 | 649.032 |
BSO | 35.126 | 181.774 | 620.101 |
DGMBSO | 37.947 | 180.916 | 668.363 |
RCI-DGMBSO | 37.657 | 177.968 | 668.811 |
本文算法 | 32.262 | 109.409 | 459.658 |
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
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 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0177 |
|
[10] |
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 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0294 |
|
[11] |
周奕丽. 多武器平台协同火力打击任务规划问题研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2016.
|
|
|
[12] |
刘昊, 张策, 丁文韬. 基于智能对抗进化的联合火力打击任务规划方法[J]. 兵工学报, 2019, 40(6):1287-1296.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.06.020 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.06.020 |
|
[13] |
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 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.08.022 |
|
[14] |
|
[15] |
刘昊, 谢鹏, 李玥. 联合火力打击中的多目标组合排序算法[J]. 兵工学报, 2020, 41(12):2570-2578.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.12.023 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.12.023 |
|
[16] |
|
[17] |
吴巍, 任成坤, 张成, 等. 非饱和打击场景下考虑附带毁伤的火力分配方法[J]. 兵工自动化, 2024, 43(6):61-66.
|
|
|
[18] |
季顺松, 黄炎焱, 张寒, 等. 基于改进遗传算法的火力分配寻优模型研究[J]. 南京理工大学学报, 2023, 47(1):33-40.
|
|
|
[19] |
张安, 徐双飞, 毕文豪, 等. 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.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0326 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0326 |
|
[20] |
赵文飞, 陈健, 王, 等. 基于强化学习的海上要地群协同防空动态火力分配[J]. 兵工学报, 2023, 44(11):3516-3528.
doi: 10.12382/bgxb.2022.1276 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.1276 |
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[1] | 晏江, 尹鹏, 刘彦, 张文宇, 黄风雷. 联合弹药毁伤复杂面目标瞄准点高效优化算法[J]. 兵工学报, 2025, 46(4): 240172-. |
[2] | 侯鹏, 葛玉雪, 裴扬, 岳源, 艾俊强. 基于毁伤评估结果的无人机对地攻击任务分配方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240212-. |
[3] | 张思维, 张鹏程, 王子, 彭文联, 谈玲华, 张兴高. 温压炸药配方及毁伤评估研究进展[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 147-160. |
[4] | 徐艺博, 颜佳润, 曾志文, 吕云霄, 冯世如, 卢惠民. 无通信条件下基于视觉毁伤评估的弹群对地目标自主攻击决策[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4435-4450. |
[5] | 柏准, 胡玉涛, 钱秉文, 姚杭, 李献, 郭学康. 多次内爆炸荷载下剪力墙累积毁伤破坏试验[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 50-58. |
[6] | 赵文飞, 陈健, 王, 滕克难. 基于强化学习的海上要地群协同防空动态火力分配[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3516-3528. |
[7] | 智洪欣, 赵鹏, 李中, 彭祥新, 鲁旭阳, 王琛. 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. |
[8] | 王, 赵文飞, 滕克难, 周璐, 单鑫. 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. |
[9] | 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. |
[10] | 刘文思, 陆越, 周庆飞, 程素秋. 鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 842-850. |
[11] | 娄文忠, 苏子龙, 汪金奎, 刘伟桐, 赵飞. 弹载图像探测器广域协同探测算法[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2388-2395. |
[12] | 张浩宇, 张树凯, 程立, 李元, 温玉全, 张郑伟. 杀伤爆破战斗部起爆方式对地面目标杀伤威力的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2300-2309. |
[13] | 孙海文, 谢晓方, 孙涛, 庞威. 改进型布谷鸟搜索算法的防空火力优化分配模型求解[J]. 兵工学报, 2019, 40(1): 189-197. |
[14] | 薛辉, 刘铁林, 乔治军, 杨兆坤. 基于回合制的火力分配优化问题建模方法研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(8): 1655-1664. |
[15] | 李臣明, 宦超, 石怀龙. 某箱式火箭炮对面目标分布式杀伤最优火力分配[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1699-1704. |
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