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一种基于海空无人集群的自杀式无人艇防御策略

孙峰

孙峰. 一种基于海空无人集群的自杀式无人艇防御策略[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0034
引用本文: 孙峰. 一种基于海空无人集群的自杀式无人艇防御策略[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0034
SUN Feng. A Suicide Unmanned Vessel Defense Strategy Based on Sea and Air Unmanned Cluster[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0034
Citation: SUN Feng. A Suicide Unmanned Vessel Defense Strategy Based on Sea and Air Unmanned Cluster[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0034

一种基于海空无人集群的自杀式无人艇防御策略

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0034
详细信息
    作者简介:

    孙峰:孙 峰(1989-), 男, 硕士, 工程师, 主要研究方向为无人集群

  • 中图分类号: TJ630

A Suicide Unmanned Vessel Defense Strategy Based on Sea and Air Unmanned Cluster

  • 摘要: 近期俄乌战场上无人艇的运用被高度关注, 针对反无人自杀艇袭扰的考虑, 文中通过“无人对无人”的思想, 提出一种以无人艇、无人机等低成本平台为基础, 具备“协同赋能、自主管控、敏捷响应”的新型反水面无人自杀艇袭扰的概念。统筹运用多个轻量化、具备简单交互和自主决策能力的无人艇、无人机等无人平台, 通过分析典型水面无人自杀艇能力, 研究海空协同任务分配与规划以及跨平台协同侦察定位等关键技术, 构建新型侦察防御无人系统, 不仅能够全天候实时覆盖重点防御区域, 针对可疑入侵目标做到敏捷确认、即察即打, 还能够拓展高价值目标的防御纵深, 构建多层防御带, 应对无人自杀艇集群的“狼群”式袭击。

     

  • 图  1  典型水面无人自杀艇图

    Figure  1.  Typical diagram of unmanned suicide vessels on water surface

    图  2  集群编组及多层防御示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of cluster grouping and multi-layer defense

    图  3  多视角弱小目标融合跟踪定位技术图

    Figure  3.  Diagram of multi view weak target fusion tracking and positioning technology

    图  4  单无人机单相机下的多目标定位算法示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of multi-target localization algorithm under single drone and single camera

    图  5  坐标系位置关系示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of coordinate system position relationship

    图  6  多平台协同感知定位区域

    Figure  6.  Multi-platform collaborative perception of positioning areas

    图  7  作战资源组成示意图

    Figure  7.  Diagram of the composition of combat resources

    图  8  目标分配算法框架

    Figure  8.  Algorithmic framework for target assignment

    图  9  常规巡逻示意图

    Figure  9.  Schematic diagram of regular patrol

    图  10  第1波次打击示意图

    Figure  10.  Schematic diagram of first strike

    图  11  第2波次打击示意图

    Figure  11.  Schematic diagram of second strike

    表  1  典型水面无人自杀艇能力分析表

    Table  1.   Analysis of the capability of typical unmanned suicide vessel on water surface

    无人艇型号半潜式MAGURA -V5SEABABY
    艇长(米)5.55.5--
    排水量(千克)1 000----
    作战半径(千米)400----
    最大航程(千米)800830--
    续航时间(小时)6060--
    最大航速(节)4240--
    通信手段星链星链星链
    控制方式可自主航行可自主航行可自主航行
    传感器光电、红外光电、红外光电、红外
    有效载荷(千克)200320800
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    表  2  典型“扫描鹰”无人侦察机性能参数

    Table  2.   Performance parameters of the “Scanning Eagel” unmanned reconnaissance aircraft

    长(m)1.2
    翼展(m)3.1
    空重(kg)12
    最大起飞重量(kg)18
    任务载荷(kg)3.2
    巡航速度(km/h)90
    最大飞行速度(km/h)120
    最大飞行高度(m)4 800
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    表  3  基于目标分配算法的作战资源分配部署的流程

    Table  3.   The process of deployment of combat resource allocation based on the target allocation algorithm

    输入: 打击链中各要素的编码方式和每个种群遗传算法的运算参数。
    输出: 输出最优个体。
    1. 初始化: 确定打击链中各要素的编码方式和每个种群遗传算法的运算参数, 其中包括: 交叉概率$ {p_c} $、变异概率$ {p_m} $、遗传运算的终止进化代数T以及种群规模M等。
    2. 生成: 通过匈牙利算法生成p个精英染色体, 并随机生成n-p个个体, 共同构成初始打击链种群$ {X_i}(0) = \{ {X^1}, {X^2}, \cdots, {X^n}\} $, $ {X^k}(k = 1, 2, \cdots, $$ M) $表示为种群中的第k个体。
    3. 计算: 计算第t代种群$ {X_i}(t) $中每个个体的适应度值$ f({X^k}) $, 选出各个种群中适应度值最好的染色体, 判断是否在第t次迭代中搜索到了最优个体, 若找到, 则结束算法并输出最优个体, 否则继续步骤4。
    4. 遗传操作: 对每个种群进行遗传操作, 经过选择、交叉和变异操作得到新一代的种群$ {X_i}(t + 1) $。
    5. 算法终止准则判断: 判断算法是否满足终止准则, 若不满足, 则令$ t = t + 1 $, 并转到步骤3; 否则结束算法, 输出最优个体。
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    表  4  第1波次打击处置统计表

    Table  4.   Table for the first batch of strike damage

    目标ID是否击毁距离防御中心距离(m)
    0001击毁10 353.2
    0002未击毁/
    0003击毁10 195.0
    0004击毁11 459.5
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    表  5  第2波次打击处置统计表

    Table  5.   Table for the second batch of strike damage

    目标ID是否击毁距离防御中心距离(m)
    0002击毁6 623.4
    0005击毁7 284.6
    0006击毁10 777.7
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  • [1] 李楠, 陈练, 庞衍鹏, 等. 无人艇装备技术发展与作战运用探析[J]. 舰船科学技术, 2019, 41(23): 6. doi: CNKI:SUN:JCKX.0.2019-23-008

    Li Nan, Chen Lian, Pang Yanpeng, et al. Analysis of the development and operational application of unmanned boat equipment technology[J]. Ship Science and Technology, 2019, 41(23): 6. doi: CNKI:SUN:JCKX.0.2019-23-008
    [2] 李伟, 徐轩彬, 郑振宇. 世界无人艇技术研发动态与作战使用分析[J]. 舰船电子工程, 2022, 42(4): 4. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2022.04.002

    Li Wei, Xu Xuanbin, Zheng Zhenyu. Research and development dynamics and operational use analysis of world unmanned boat technology[J]. Ship Electronic Engineering, 2022, 42(4): 4. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2022.04.002
    [3] 佟海鹏, 徐海刚, 刘兆平. 海战场环境下舰载巡飞弹技术分析[J]. 飞航导弹, 2012(1): 4.

    Tong Haipeng, Xu Haigang, Liu Zhaoping. Technical Analysis of Shipborne Patrol Missiles in Marine Battlefield Environment[J]. Aviation Missile, 2012(1): 4.
    [4] 田呈培. 交通场景下的运动目标检测与跟踪的算法研究[D]. 杭州电子科技大学, 2016.

    Tian Chengpei. Algorithm research on motion target detection and tracking in traffic scenes [D]. Hangzhou University of Electronic Science and Technology, 2016.
    [5] Huang F, Lv X, Zhang L. Coarse-to-fine sparse self-attention for vehicle re-identification[J]. Knowl. Based Syst., 2023, 270: 110526. doi: 10.1016/j.knosys.2023.110526
    [6] 高金玉. 多无人艇协同控制中的任务分配方法研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2024.

    Gao Jinyu. Research on task allocation method in multi unmanned vehicle collaborative control [D]. Harbin Engineering University, 2024.
    [7] Wu J, Yu Y, Ma J, et al. Autonomous Cooperative Flocking for Heterogeneous Unmanned Aerial Vehicle Group[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2021(70-12).
    [8] 姜燕, 王道波, 林飞, 等. 基于匈牙利融合遗传算法的多无人机不平衡目标分配[J]. 电光与控制, 2023, 30(5): 6-10. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2023.05.002

    Jiang Yan, Wang Daobo, Lin Fei, et al. Unbalanced target allocation of multiple unmanned aerial vehicles based on hungarian fusion genetic algorithm[J]. Electro Optics and Control, 2023, 30(5): 6-10 doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2023.05.002
    [9] 谷稳. 基于进化匈牙利算法的目标分配问题研究及应用[D]. 西安电子科技大学, 2024.

    Gu Wen. Research and application of target allocation problem based on evolutionary hungarian algorithm [D]. Xi'an University of Electronic Science and Technology, 2024.
    [10] 刘琨. 多无人艇协同搜索与围捕方法研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2019.

    Liu Kun. Research on collaborative search and encirclement methods of multiple unmanned boats [D]. Harbin Engineering University, 2019
    [11] 刘召庆, 张芳, 朱镭, 等. 巡飞弹目标定位精度分析[J]. 应用光学, 2022, 43(4): 7.

    Liu Zhaoqing, Zhang Fang, Zhu Lei, et al. Analysis of target positioning accuracy of patrol missiles[J]. Applied Optics, 2022, 43(4): 7.
    [12] 徐艺博, 于清华, 王炎娟, 等. 基于多源信息融合的巡飞弹对地目标识别与毁伤评估[J]. 系统仿真学报, 2024, 36(2): 511-521.

    Xu Yibo, Yu Qinghua, Wang Yanjuan, et al. Ground target recognition and damage assessment of cruise missiles based on multi-source information fusion[J]. Journal of System Simulation, 2024, 36(2): 511-521.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-19
  • 修回日期:  2016-12-18
  • 录用日期:  2024-04-15
  • 网络出版日期:  2024-04-17

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