
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (9): 240897-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0897
收稿日期:2024-09-27
上线日期:2025-09-24
通讯作者:
基金资助:
BI Wenhao1,2,*(
), WU Yuxuan1, XU Yang1, ZHANG An1,2
Received:2024-09-27
Online:2025-09-24
摘要:
主动声呐浮标作为反潜机广泛使用的探潜设备,研究其布阵优化方法对快速有效地完成反潜作战任务、提升反潜作战的效率有着重要意义。针对现有研究中潜艇位置散布模型与主动声呐浮标搜潜范围简化,难以契合实际场景需求的问题,建立应召搜潜场景下潜艇在概略航向已知和速度未知条件下的散布规律模型与基于主动声呐方程和网格法的主动声呐浮标阵列搜潜效率评定模型;通过引入Kent映射、动态调整的惯性权重和学习因子,提出基于改进多目标粒子群优化算法的浮标布阵优化方法,并在应召搜潜场景下进行仿真验证。仿真结果表明,在不同场景下所提算法均能得到最优部署方案,验证了新算法的可行性和有效性;与其他算法对比,在相同投放量下新算法搜潜概率更大,求解时间更短,证明了新算法的优越性。
中图分类号:
毕文豪, 吴宇轩, 许洋, 张安. 基于改进多目标粒子群优化算法的主动声呐浮标布阵优化[J]. 兵工学报, 2025, 46(9): 240897-.
BI Wenhao, WU Yuxuan, XU Yang, ZHANG An. Optimization of Active Sonar Buoy Array Deployment Based on Improved Multi-objective Particle Swarm Optimization Algorithm[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(9): 240897-.
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| rd/km | 10.55 |
| va/kn | 3 |
| σ0/km | 10 |
| σα/(°) | 20 |
| M | 10 |
| tn/h | 2 |
表1 仿真参数设置
Table 1 Setting of simulation parameters
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| rd/km | 10.55 |
| va/kn | 3 |
| σ0/km | 10 |
| σα/(°) | 20 |
| M | 10 |
| tn/h | 2 |
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| popnum | 200 |
| kmax | 200 |
| ωmax | 0.9 |
| ωmin | 0.4 |
| cmax | 2.0 |
| cmin | 0.2 |
| β | 0.7 |
表2 算法参数设置
Table 2 Setting of algorithm parameters
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| popnum | 200 |
| kmax | 200 |
| ωmax | 0.9 |
| ωmin | 0.4 |
| cmax | 2.0 |
| cmin | 0.2 |
| β | 0.7 |
| m | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ps | 0.2268 | 0.4143 | 0.5401 | 0.6215 | 0.6965 |
| m | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Ps | 0.7606 | 0.8078 | 0.8446 | 0.8675 | 0.8952 |
表3 不同投放量下的最优解
Table 3 Optimal solutions for different drop quantities
| m | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ps | 0.2268 | 0.4143 | 0.5401 | 0.6215 | 0.6965 |
| m | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Ps | 0.7606 | 0.8078 | 0.8446 | 0.8675 | 0.8952 |
| 序号 | (x,y)/km |
|---|---|
| 1 | (3.53,32.33) |
| 2 | (7.13,17.28) |
| 3 | (-4.97,20.97) |
| 4 | (-9.20,27.18) |
| 5 | (-0.79,14.51) |
| 6 | (6.81,24.96) |
表4 最优方案投放点坐标
Table 4 The coordinates of the optimal scheme delivery points
| 序号 | (x,y)/km |
|---|---|
| 1 | (3.53,32.33) |
| 2 | (7.13,17.28) |
| 3 | (-4.97,20.97) |
| 4 | (-9.20,27.18) |
| 5 | (-0.79,14.51) |
| 6 | (6.81,24.96) |
| 概率 | tj/h | |||
|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | |
| Ptj | 0.6998 | 0.7415 | 0.7739 | 0.7606 |
| Pm/% | 69.98 | 92.24 | 98.25 | 99.58 |
表5 最优方案的对潜搜索概率
Table 5 The search probability of optimal scheme
| 概率 | tj/h | |||
|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | |
| Ptj | 0.6998 | 0.7415 | 0.7739 | 0.7606 |
| Pm/% | 69.98 | 92.24 | 98.25 | 99.58 |
图9 不同潜艇初始散布与声呐浮标投放量、搜潜概率的关系
Fig.9 The relationship among the initial dispersion of different submarines and the deployment amount of active sonar buoys and the search probability
图10 不同潜艇初始位置散布对于潜艇机动一段时间后的位置分布的影响示意图
Fig.10 Schematic diagram of the influences of different initial position distributions on the position distributions of submarines after a period of maneuvering
图12 不同潜艇概略航向对于潜艇机动一段时间后的位置分布的影响示意图
Fig.12 Schematic diagram of the influences of different submarine general courses on the position distribution of submarine after a period of maneuvering
图13 当投放量m=6时NSGA-II与改进的MOPSO算法和原MOPSO算法搜潜概率变化
Fig.13 Search probability changes of NSGA-II,the improved MOPSO algorithm and the original MOPSO algorithm for m=6
图14 不同投放量下NSGA-II与改进的MOPSO算法和原MOPSO算法最大搜潜概率与优化时间变化
Fig.14 The maximum search probability and optimization time curves of NSGA-II,the improved MOPSO algorithm and the original MOPSO algorithm under the condition of different delivery amounts
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