

系统工程与电子技术 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (2): 555-567.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2025.02.22
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吴浩南1, 韩维1, 潘子双1, 郭放1, 苏析超2,*
收稿日期:2023-12-18
出版日期:2025-02-25
发布日期:2025-03-18
通讯作者:
苏析超
作者简介:吴浩南(2000—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为舰载航空保障基金资助:Haonan WU1, Wei HAN1, Zishuang PAN1, Fang GUO1, Xichao SU2,*
Received:2023-12-18
Online:2025-02-25
Published:2025-03-18
Contact:
Xichao SU
摘要:
多机种舰载机协同作战是发挥航母编队作战能力的关键问题, 因此科学设计舰载机群兵力行动规划和相关资源的分配对于提高航母作战效能而言具有重要意义。首先, 基于舰载机对陆突击作战任务的特点和兵力组成、弹药挂载等约束条件, 围绕兵力行动规划一体化作战调度问题展开研究; 然后, 针对舰载机群出动离场、航迹规划、空中加油、协同作战、着舰回收等关键阶段进行一体化作战调度建模, 并引入启发式-多层编码的遗传算法, 对各关键阶段之间的耦合关系进行解耦处理; 再次, 通过使用改进凸优化算法对案例中舰载机航行路径进行航迹规划并计算出航行时间, 将该时间作为兵力行动规划和调度输入数据使用; 最后, 基于案例仿真进行14机、18机、20机、24机的舰载机群兵力行动规划调度的时序规划和相关资源的科学分配, 验证所设计模型和算法的可行性和鲁棒性。
中图分类号:
吴浩南, 韩维, 潘子双, 郭放, 苏析超. 基于多层编码遗传算法的舰载机群兵力行动规划方法[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(2): 555-567.
Haonan WU, Wei HAN, Zishuang PAN, Fang GUO, Xichao SU. Multi-layer coding genetic algorithm-based approach to force action planning for carrier aircraft fleets[J]. Systems Engineering and Electronics, 2025, 47(2): 555-567.
表1
参数定义说明"
| 变量 | 变量含义 |
| I | 参与调度的舰载机集合 |
| Jij | 第i架舰载机属于第j个编组 |
| Swij | 第i架舰载机第j个任务开始的时间 |
| Ewij | 第i架舰载机第j个任务结束的时间 |
| Szij | 第i架舰载机第j个任务阵地转移开始的时间 |
| Ezij | 第i架舰载机第j个任务阵地转移结束的时间 |
| Ue | 舰载机出动离场的任务集合 |
| Ud | 舰载机着舰回收的任务集合 |
| Us | 舰载机编队任务的任务集合 |
| dwij | 第i架舰载机在第j阶段任务执行所用时间 |
| Oij | 第i架舰载机在第j阶段的任务集 |
| Pij | 第i架舰载机第j阶段任务所在阵地 |
| rij | 第i架舰载机在第j阶段的空中加油任务中所需要的燃油的数量 |
| Rk | 一个加油编组中加燃油机供应的燃油的上限 |
| M | 所在航母单波保障舰载机数量上限 |
表2
作战任务内容表"
| 编号 | 作战任务内容 | 单架舰载机所需弹药 |
| Os1 | 出动离场 | - |
| Os2 | 集结编队 | - |
| O11 | 探测红方防空巡逻区 | - |
| O21 | 与红方舰载机进行空战 | 2枚空空导弹 |
| O22 | 对干扰机进行空中护航 | - |
| O23, O33 | 任务后空中加油 | - |
| O31 | 对红方2号目标电子干扰 | 2枚反辐射弹 |
| O32 | 对红方6号目标电子干扰 | 2枚反辐射弹 |
| O41 | 提供任务前空中加油 | - |
| O51, O61, O71 | 任务前空中加油 | - |
| O52 | 摧毁红方3号目标 | 2枚空地导弹 |
| O53 | 对红方4号目标实施电子干扰 | 2枚反辐射弹 |
| O54 | 对红方5号目标实施电子干扰 | 2枚反辐射弹 |
| O62 | 对红方1号目标实施近距打击 | 2枚航空炸弹 |
| O72 | 对红方1号目标实施远距打击 | 2枚空地导弹 |
| O81 | 提供任务后空中加油 | - |
| OE | 着舰回收 | - |
| 1 | 张少辉, 刘舜, 李亚飞, 等. 航空母舰舰载机弹药保障作业调度优化算法[J]. 航空学报, 2023, 44 (20): 224- 241. |
| ZHANG S H , LIU S , LI Y F , et al. Optimization algorithm for ammunition support operation scheduling of carrier-borne aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44 (20): 224- 241. | |
| 2 | JOHNSTON J S. A feasibility study of a persistent monitoring system for the flight deck of US navy aircraft carriers[D]. Massachusetts: Department of the Air Force Air University, 2009. |
| 3 |
LI Z K , REN W , LIU X D , et al. Distributed containment control of multi-agent systems with general linear dynamics in the presence of multiple leaders[J]. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2013, 23 (5): 534- 547.
doi: 10.1002/rnc.1847 |
| 4 | UZUN B. A multimodal Ouija board for aircraft carrier deck ope-rations[D]. Massachusetts: Massachusetts Institute of Techno-logy, 2016. |
| 5 | RYAN J C , BANERJEE A G , CUMMINGS M L , et al. Comparing the performance of expert user heuristics and an integer linear program in aircraft carrier deck operations[J]. IEEE Trans.on Cybernetics, 2013, 44 (6): 761- 773. |
| 6 | RYAN J C. Evaluating safety protocols for manned-unmanned environments through agent-based simulation[D]. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, 2014. |
| 7 | RYAN J, CUMMINGS M, ROY N, et al. Designing an interactive local and global decision support system for aircraft carrier deck scheduling[C]//Proc. of the Infotech@ Aerospace, 2011. |
| 8 | MICHINI B, HOW J. A human-interactive course of action planner for aircraft carrier deck operations[C]//Proc. of the Infotech@ Aerospace, 2011. |
| 9 | 郭放, 刘玉杰, 韩维, 等. 基于MC-GERT的舰载机出动回收作业流程时间不确定性分析[EB/OL]. [2023-11-28]. https://doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0129. |
| GUO F, LIU Y J, HAN W, et al. Process time uncertainty analysis of carrier aircraft recovery operation based on MC-GERT[EB/OL]. [2023-11-28]. https://doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0129. | |
| 10 | 崔凯凯, 韩维, 刘玉杰, 等. 基于DM-DSC的舰载机着舰自动复飞控制算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2023, 49 (4): 900- 912. |
| CUI K K , HAN W , LIU Y J , et al. Automatic wave-off control algorithm for carrier aircraft based on DM-DSC[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2023, 49 (4): 900- 912. | |
| 11 | 刘玉杰, 李樾, 韩维, 等. 基于改进凸优化算法的多机编队突防航迹规划[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45 (9): 2819- 2830. |
| LIU Y J , LI Y , HAN W , et al. Trajectory planning for penet-ration of multi-aircraft for mation based on improved convex optimization algorithm[J]. Systems Engineering and Electro-nics, 2023, 45 (9): 2819- 2830. | |
| 12 | 刘玉杰, 崔凯凯, 韩维, 等. 基于IPSO的舰载机出动离场规划研究[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46 (4): 1337- 1345. |
| LIU Y J , CUI K K , HAN W , et al. Research on carrier aircraft departure planning based on IPSO[J]. Systems Engineering and Electronics, 2024, 46 (4): 1337- 1345. | |
| 13 | 万兵, 韩维, 梁勇, 等. 舰载机出动离场调度优化算法[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43 (12): 3624- 3634. |
| WAN B , HAN W , LIANG Y , et al. Optimization algorithm of carrier-based aircraft sortie departure scheduling[J]. Systems Engineering and Electronics, 2021, 43 (12): 3624- 3634. | |
| 14 | 崔荣伟, 韩维, 苏析超, 等. 舰载机甲板机务勤务保障作业调度与资源配置集成优化[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43 (7): 1884- 1893. |
| CUI R W , HAN W , SU X C , et al. Integrated optimization of carrier-based aircraft flight deck operations scheduling and resource configuration for pre-flight preparation stage[J]. Systems Engineering and Electronics, 2021, 43 (7): 1884- 1893. | |
| 15 |
LIU Y , HAN W , SU X C , et al. Optimization of fixed aviation support resource station configuration for aircraft carrier based on aircraft dispatch mission scheduling[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2023, 36 (2): 127- 138.
doi: 10.1016/j.cja.2022.06.023 |
| 16 | 李亚飞, 吴庆顺, 徐明亮, 等. 基于强化学习的舰载机保障作业实时调度方法[J]. 中国科学(信息科学), 2021, 51 (2): 247- 262. |
| LI Y F , WU Q S , XU M L , et al. Real-time scheduling for carrier-borne aircraft support operations: a reinforcement learning approach[J]. SCIENTIA SINICA Informationis, 2021, 51 (2): 247- 262. | |
| 17 | 于彤彤, 董婷婷, 肖创柏. 基于深度强化学习的舰载机在线调度方法研究[J]. 高技术通讯, 2021, 31 (4): 367- 377. |
| YU T T , DONG T T , XIAO C B . Research on carrier aircraft online scheduling method based on deep reinforcement learning[J]. Chinese High Technology Letters, 2021, 31 (4): 367- 377. | |
| 18 | 刘子玄, 万兵, 苏析超, 等. 基于HA算法的舰载机出动作业调度方法[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46 (5): 1691- 1702. |
| LIU Z X , WAN B , SU X C , et al. A carrier aircraft sorty ope-ration scheduling method based on HA algorithm[J]. Systems Engineering and Electronics, 2024, 46 (5): 1691- 1702. | |
| 19 | 万兵, 苏析超, 汪节, 等. 基于模型预测控制算法的精确着舰控制研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2024, 50 (4): 1197- 1207. |
| WAN B , SU X C , WANG J , et al. Research on accurate landing control based on model predictive control algorithm[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2024, 50 (4): 1197- 1207. | |
| 20 | 熊韫文, 魏才盛, 许丹, 等. 基于改进蒙特卡罗树搜索的无人机目标分配与突防决策方法[J]. 中南大学学报, 2023, 54 (8): 3132- 3144. |
| XIONG W W , WEI C S , XU D , et al. UAV target assignment and penetration decision method based on improved Monte Carlo tree search[J]. Journal of Central South University, 2023, 54 (8): 3132- 3144. | |
| 21 | 罗湘勇, 冯浩源, 潘星, 等. 面向流程的保障体系集成建模方法研究[J]. 系统工程与电子技术, 2013, 35 (11): 2314- 2319. |
| LUO X Y , FENG H Y , PAN X , et al. Integration modeling approach of process oriented support system of systems[J]. Systems Engineering and Electronics, 2013, 35 (11): 2314- 2319. | |
| 22 | 韩维, 苏析超, 陈俊锋. 舰载机多机一体化机务保障调度方法[J]. 系统工程与电子技术, 2015, 37 (4): 809- 816. |
| HAN W , SU X C , CHEN J F . Integrated maintenance support scheduling method of multi-carrier aircrafts[J]. Systems Engineering and Electronics, 2015, 37 (4): 809- 816. | |
| 23 | 范加利, 黄葵, 朱兴动, 等. 基于禁忌算法的舰载机甲板作业动态调度优化算法[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45 (10): 3172- 3182. |
| FAN J L , HUANG K , ZHU X D , et al. Carrier aircraft deck operations dynamic scheduling optimization algorithm based on the tabu algorithm[J]. Systems Engineering and Electronics, 2023, 45 (10): 3172- 3182. | |
| 24 | 王庆禄, 吴冯国, 郑成辰, 等. 基于优化人工势场法的无人机航迹规划[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45 (5): 1461- 1468. |
| WANG Q L , WU F G , ZHENG C C , et al. UAV path planning based on optimized artificial potential field method[J]. Systems Engineering and Electronics, 2023, 45 (5): 1461- 1468. | |
| 25 | 薛均晓, 孔祥燕, 郭毅博, 等. 基于深度强化学习的舰载机动态避障方法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2021, 33 (7): 1102- 1112. |
| XUE J X , KONG X Y , GUO Y B , et al. Dynamic obstacle avoidance method for carrier aircraft based on deep reinforcement learning[J]. Journal of Computer-aided Design & Computer Graphics, 2021, 33 (7): 1102- 1112. | |
| 26 | 孙昱, 毛少杰, 周阳, 等. 复杂任务关系约束下的作战资源调度方法[J]. 指挥信息系统与技术, 2021, 12 (6): 39- 44. |
| SUN Y , MAO S J , ZHOU Y , et al. Combat resource scheduling methods under complex task relationship constraints[J]. Command Information System and Technology, 2021, 12 (6): 39- 44. | |
| 27 | 单甘霖, 庞策, 段修生. 面向作战任务的最小风险传感器调度方法[J]. 国防科技大学学报, 2020, 42 (2): 186- 193. |
| SHAN G L , PANG C , DUAN X S . Sensor scheduling method based on minimum risk facing the combat task[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2020, 42 (2): 186- 193. | |
| 28 | 孙昱, 姚佩阳, 孙鹏, 等. 基于鲁棒多目标优化的智能体群组协同任务规划[J]. 控制与决策, 2016, 31 (11): 2045- 2052. |
| SUN Y , YAO P Y , SUN P , et al. Cooperative task scheduling method for agent group using robust multi-objective optimization approach[J]. Journal of Control and Decision, 2016, 31 (11): 2045- 2052. | |
| 29 | 陈伟龙, 陈春良, 陈康柱, 等. 考虑不确定性的进攻作战抢修任务动态调度[J]. 兵工学报, 2017, 38 (5): 1011- 1019. |
| CHEN W L , CHEN C L , CHEN K Z , et al. Dynamic scheduling of offensive combat rescue tasks considering uncertainty[J]. Acta Armamentarii, 2017, 38 (5): 1011- 1019. |
| [1] | 王佩骐, 鞠儒生, 张淼, 段伟. 基于非支配遗传算法的HLA仿真系统数据采集策略[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(9): 3103-3111. |
| [2] | 许强强, 柴华. 基于NSGA-Ⅱ的车载光学测量设备任务调度方案优化[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(7): 2393-2400. |
| [3] | 熊子淳, 刘永善. 针对低速目标的飞行器中段航迹快速规划[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(7): 2424-2436. |
| [4] | 李阳阳, 罗俊仁, 张万鹏, 项凤涛. 多星协同观测遗传-演进双层任务规划算法[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(6): 2044-2053. |
| [5] | 蔡一鸣, 马力, 陆恒杨, 方伟. 基于全流程并行遗传算法的贝叶斯网络结构学习[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(5): 1703-1711. |
| [6] | 尧泽昆, 王超, 施庆展, 张少卿, 袁乃昌. 基于改进离散模拟退火遗传算法的雷达网协同干扰资源分配模型[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(3): 824-830. |
| [7] | 尹帅, 余建慧, 宋斌, 郭延宁, 李传江, 吕跃勇. 基于多种群混沌遗传算法的GEO目标服务任务规划[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(3): 914-921. |
| [8] | 张玉婷, 杨镜宇. 基于能力的国防资源分配方法[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(2): 599-604. |
| [9] | 覃凯, 顾术实, 张智凯, 王玉, 刘倩, 赵晨, 张钦宇. 面向月表多设施通信网络的通信塔部署方案[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(2): 729-739. |
| [10] | 马昌伟, 王亚平, 张煜, 胡灿灿. 基于资源动态补足的装备体系能力规划方法[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(12): 4108-4115. |
| [11] | 饶悦, 杨健, 孙国敏, 张伟, 邵怀宗, 林静然. 基于改进SA-NSGAⅡ的多波束卫星动态资源分配方法[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(12): 4222-4230. |
| [12] | 曹志强, 张佳, 辛斌. 间歇式信息传输条件下无人机搜索覆盖规划[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(1): 152-161. |
| [13] | 刘玉杰, 李樾, 韩维, 崔凯凯. 基于改进凸优化算法的多机编队突防航迹规划[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45(9): 2819-2830. |
| [14] | 邓勇, 姚锋, 邢立宁, 何磊. 基于混合进化算法的卫星网络星间数传方法[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45(9): 2931-2940. |
| [15] | 马维宁, 胡起伟, 曹文斌, 贾希胜. 考虑维修任务分配的装备选择性维修决策优化[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45(6): 1902-1910. |
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