• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      基于遺傳算法的大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件組合優(yōu)化*

      2013-08-10 09:04:00周德超胡文軍胡獻君古華棟
      艦船電子工程 2013年8期
      關鍵詞:艦炮口徑射擊

      周德超 胡文軍 胡獻君 古華棟

      (海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

      1 引言

      高技術戰(zhàn)爭條件下的海戰(zhàn)場具有環(huán)境復雜、任務多樣化等特點,作為艦艇主戰(zhàn)裝備之一的大口徑艦炮武器系統(tǒng)必須要能夠根據(jù)作戰(zhàn)需求和資源狀況,動態(tài)調(diào)度武器系統(tǒng)功能構(gòu)件,以最佳的配置方案完成任務。在大口徑艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程中,需要各個作戰(zhàn)節(jié)點相互合作,而各個作戰(zhàn)節(jié)點可能存在部分功能相互重疊。因此在大口徑艦炮武器系統(tǒng)使用的過程中,需要將系統(tǒng)分解為多個功能構(gòu)件,根據(jù)執(zhí)行的作戰(zhàn)任務選擇最優(yōu)的功能構(gòu)件組合,以形成可用于作戰(zhàn)決策的綜合指標良好的武器系統(tǒng)配置方案。

      2 大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件分解

      2.1 大口徑艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)流程分析

      大口徑艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)流程為[1]:艦艇預警系統(tǒng)搜索發(fā)現(xiàn)目標,形成目標航跡數(shù)據(jù),并將目標航跡數(shù)據(jù)發(fā)送給作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)對目標航跡進行綜合識別和威脅判斷后,向大口徑艦炮武器系統(tǒng)下達目標指示。大口徑艦炮火控系統(tǒng)接收到目標指示命令和相應的數(shù)據(jù)后,跟蹤傳感器立即對指定的目標進行捕獲、跟蹤,不斷精確地測量目標坐標,并自動向火控計算機提供目標坐標數(shù)據(jù)?;鹂赜嬎銠C接收到跟蹤傳感器傳來的數(shù)據(jù)的同時,還接收導航系統(tǒng)傳來的本艦運動和姿態(tài)參數(shù)、接收或裝定的彈道氣象參數(shù),按照射擊指揮員給定的射擊計算方式,準確計算出目標運動參數(shù)和命中所需的射擊諸元,連續(xù)地向武器瞄準系統(tǒng)發(fā)送射擊諸元并帶動武器對目標進行射擊。通過測量或檢測出彈目偏差,求取射擊校正量即將發(fā)射彈丸的射擊諸元,以期命中目標。最后對射擊效果進行評估。

      2.2 大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能分解

      功能分析是大口徑艦炮武器系統(tǒng)構(gòu)件化的基礎工作,通過功能分析,明確系統(tǒng)應具備的功能,劃分出合理的系統(tǒng)功能塊,如圖1所示。

      圖1 大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能分解

      通過系統(tǒng)功能分解,得到武器系統(tǒng)功能構(gòu)件集合(目標信息搜索構(gòu)件A1、目標敵我識別構(gòu)件A2,捕獲跟蹤目標構(gòu)件A3、解算目標運動要素構(gòu)件A4、生成打擊方案構(gòu)件A5、生成射擊諸元構(gòu)件A6、控制艦炮射擊構(gòu)件A7、校射構(gòu)件A8、射擊效果評估計算構(gòu)件A9)。

      3 大口徑艦炮武器系統(tǒng)構(gòu)件性能約束

      3.1 功能模塊間的邏輯控制關系

      構(gòu)成武器系統(tǒng)流程的基本構(gòu)件之間存在一定的邏輯控制關系,構(gòu)成了武器系統(tǒng)組合過程中的相互約束。常見的邏輯控制關系包括順序關系、分支關系、并行關系、自循環(huán)關系四種[2],如表1所示:

      表1 構(gòu)件間邏輯控制關系表

      3.2 執(zhí)行路徑和順序路徑

      在研究中,我們定義兩種類型的路徑,執(zhí)行路徑和順序路徑[2]。

      1)執(zhí)行路徑:從起始功能節(jié)點到終止功能節(jié)點的一條路徑,在分支關系處選擇一條分支,在并行關系處選擇所有分支。

      2)順序路徑:從起始功能節(jié)點到終止功能節(jié)點的一條路徑,但在分支或并行關系處都只選擇一條分支,因此如果執(zhí)行路徑中包含并行關系,那么執(zhí)行路徑可拆分成多條順序路徑。

      3.3 構(gòu)件性能約束指標

      1)系統(tǒng)射擊精度

      火炮武器系統(tǒng)的射擊精度可以直接用綜合概率誤差(EX∑ ,EZ∑ )表示[3]。

      式中:Ed0、Ez0為單炮散布距離、方向概率誤差;Edm、Ezm為隨動系統(tǒng)距離、方向概率誤差;Edvo為確定初速偏差引起的距離概率誤差;Edρ為確定空氣密度偏差引起的距離概率誤差;Edw、Ezw為確定風速偏差引起的距離、方向概率誤差;Edg、Ezg為觀測設備誤差引起的距離、方向概率誤差;Edc、Ezc為指揮儀誤差引起的距離、方向概率誤差;Cd、Cz為艦炮單炮散布經(jīng)驗修正系數(shù)。

      2)系統(tǒng)反應時間

      艦炮武器系統(tǒng)的反應時間規(guī)定為:從搜索雷達發(fā)現(xiàn)目標開始,到武器完成第一發(fā)彈丸射擊出炮口為止的時間[4]。

      式中:t(ai,cij)為在完成任務ai時選擇構(gòu)件cij的延遲,M為順序路徑上的功能節(jié)點數(shù)目(下同),T為構(gòu)件組合的總體反應時間。如果執(zhí)行路徑可以拆分成多條順序路徑,則取各順序路徑中反應時間的最大值。

      3)系統(tǒng)最大射擊區(qū)域半徑[5]

      式中:d(ai,cij)為在完成任務ai時選擇構(gòu)件cij的最大射擊區(qū)域的半徑,D為構(gòu)件組合的系統(tǒng)最大射擊區(qū)域的半徑。如果執(zhí)行路徑可以拆分成多條順序路徑,則取各順序路徑中系統(tǒng)最大射擊區(qū)域半徑的最小值。

      4)系統(tǒng)可靠性

      式中:r(ai,cij)為在完成任務ai時選擇構(gòu)件cij的可靠性,R為構(gòu)件組合的總體可靠性。如果執(zhí)行路徑可以拆分成多條順序路徑,則取各順序路徑中可靠性的最小值。

      4 大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件組合優(yōu)化建模

      4.1 大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件組合優(yōu)化框架

      大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件組合優(yōu)化框架由三部分組成,如圖2所示。

      圖2 艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件組合優(yōu)化框圖

      1)功能構(gòu)件組合優(yōu)化的目標。大口徑艦炮系統(tǒng)功能構(gòu)件組合優(yōu)化的目標體現(xiàn)為作戰(zhàn)任務對功能構(gòu)件組合的約束(主要包括系統(tǒng)精度、反應時間、最大射擊區(qū)域半徑、可靠性)。為保證任務的有效性,指揮員將會根據(jù)作戰(zhàn)需求,對構(gòu)件組合的系統(tǒng)配置方案提出全局要求。比如決策者要求方案總體反應時間最多為10s,可靠性達到9.5以上等等。

      2)功能構(gòu)件組合優(yōu)化模型??梢詫?gòu)件組合模型用任務工作流進行描述。任務工作流S= (A,R,Q)。其中表示工作流中的功能節(jié)點,R∈A×A是功能節(jié)點之間關系的集合,表示作戰(zhàn)任務構(gòu)件的屬性值,主要包括構(gòu)件反應時間、作為誤差源產(chǎn)生的精度、最大射擊區(qū)域半徑和可靠性。

      3)可用構(gòu)件集合。針對構(gòu)件組合優(yōu)化模型中的每個節(jié)點,可能存在多個滿足其功能需求的構(gòu)件實例。在面向構(gòu)件的環(huán)境中,這些構(gòu)件實例可能是基于不同技術實現(xiàn)的(如獲取目標信息的手段有雷達、無人機、衛(wèi)星等)。

      4.2 功能構(gòu)件組合路徑優(yōu)化選擇

      功能構(gòu)件組合路徑選擇優(yōu)化主要是基于構(gòu)件組合優(yōu)化的目標,從大量可用的功能構(gòu)件集合中選擇一條能夠滿足用戶需求的構(gòu)件執(zhí)行路徑。系統(tǒng)是相互作用和互相依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機整體。從系統(tǒng)的角度考慮,單純提高某項性能指標而不是恰當?shù)刈顑?yōu)匹配各項性能指標,是不可能顯著提高整個大口徑艦炮武器系統(tǒng)整體作戰(zhàn)能力的[6]。所以,在大口徑艦炮武器系統(tǒng)工作的執(zhí)行路徑上,需要對功能相同但性能參數(shù)不同的構(gòu)件進行選擇,最優(yōu)地匹配各項性能指標,以適應作戰(zhàn)任務、環(huán)境和資源變化的需要。指揮員根據(jù)作戰(zhàn)需要定義構(gòu)件組合的精度上限Ei、反應時間上限Ti、最大射擊距離上限D(zhuǎn)i和可靠性下限Ri,產(chǎn)生的目標函數(shù)如下所示:

      5 基于遺傳算法的組合優(yōu)化模型求解

      組合優(yōu)化屬于NP難問題,線性規(guī)劃和遺傳算法是兩種常用的求解方法。線性規(guī)劃方法雖然能夠求得最優(yōu)解,但是隨著問題規(guī)模增大,求解性能下降明顯。遺傳算法是一種現(xiàn)代仿生學算法,在求解組合問題中取得了較為理想的效果。本文常用遺傳算法。

      遺傳算法是一種基于自然選擇和群體遺傳機理的搜索算法,它模擬了自然選擇和自然遺傳過程中發(fā)生的繁殖、雜交和突變現(xiàn)象。遺傳算法是一個迭代過程,在每次迭代中都保留一組候選解,按其解的優(yōu)劣進行排序,并按某種指標從中選出一些解,利用遺傳算子對其進行運算,產(chǎn)生新一代的一組候選解,重復此過程,直到滿足某種收斂指標為止[7]。其算法框架如圖3所示。

      圖3 遺傳算法的基本流程圖

      5.1 染色體編碼

      本文采用二進制編碼,每條染色體表示武器系統(tǒng)的一個配置方案,染色體代碼串包括若干基因段,基因段對應執(zhí)行路徑上各節(jié)點的構(gòu)件選擇情況,第i段基因表示組合路徑中的節(jié)點Ai所選擇的候選構(gòu)件編號ID,ID∈[1,ni]。如圖4所示,其組合路徑為C12→C21→C34→C43→C51。

      圖4 一個功能構(gòu)件配置方案

      5.2 適應性函數(shù)設計

      組合優(yōu)化的目標要考慮到組合方案的各項性能指標及權重,其中系統(tǒng)精度和反應時間越小越好,而系統(tǒng)可靠性和最大射擊區(qū)域半徑的數(shù)值則是越大越好,所以優(yōu)化目標函數(shù)定義如下:

      式中:wi(1≤i≤4)為各指標的權重,且E′為與E增長趨勢相反的一個導出值,T′的情況類似。

      因為不同種性能參數(shù)或不同節(jié)點的性能參數(shù)之間可能相差巨大,并且考慮到不同性能參數(shù)對功能評價的影響可能相反,所以需要先對最初的各性能指標值進行標準化,式(8)如下所示:

      1)當Q越小越好時,如系統(tǒng)精度和反應時間。

      2)當Q越大越好時,如系統(tǒng)最大設計區(qū)域半徑和可靠性。

      用式(8)(9)標準化原來構(gòu)件組合各指標值,用結(jié)果替換式(7)中的各指標值,構(gòu)成新的優(yōu)化目標函數(shù)F′。

      在進化過程中可能會出現(xiàn)非法解或違反約束條件的情況,采用罰函數(shù)法處理。構(gòu)造懲罰函數(shù)的思想是當前解的各項指標越接近約束條件,懲罰力度越小,反之,懲罰力度越大,當滿足約束條件時,則不懲罰。適配值函數(shù)如式所示

      式中:λ為經(jīng)驗常數(shù),m為約束條件的個數(shù),Rjmax、Rjmin為構(gòu)件組合的第j個約束條件的最大、最小估計值。

      5.3 其他步驟

      本文采用精英選擇和輪盤賭選擇相結(jié)合的策略、單點交叉方式,采用最大迭代次數(shù)法則作為終止條件,并將具有最大適應度的個體作為最優(yōu)解。

      6 仿真計算與結(jié)果分析

      為了驗證本文所提出方法的可行性和有效性,進行了仿真實驗。仿真程序在各節(jié)點上隨機生成指定數(shù)目的候選構(gòu)件(各構(gòu)件的性能指標在設定的合理范圍內(nèi)生成)。實驗環(huán)境為:CPU AMD Athlon(tm)64×2Dual Core Processor 4400+2.31GHz;內(nèi)存2.0GB;操作系統(tǒng)Windows XP Professional SP3;仿真工具MATLAB 7.8。實驗方法:本文采用大粒度的功能構(gòu)件,配置方案的形成過程中主要對觀測設備、火控解算和炮彈候選構(gòu)件進行選擇,按照規(guī)則隨機生成構(gòu)件組合配置方案,設定節(jié)點數(shù)目、各節(jié)點所包含候選功能構(gòu)件的個數(shù)、以及各候選功能構(gòu)件的性能指標參數(shù),計算各綜合指標值,并將其轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題,而后采用遺傳算法解決該問題。

      實驗參數(shù):用戶定義的指標約束:用戶要求的系統(tǒng)距離和方向精度上限分別為70m和30m,反應時間上限8s、系統(tǒng)最大射擊區(qū)域半徑下限35km、系統(tǒng)可靠性下限0.92。優(yōu)化目標中各指標權重:系統(tǒng)精度0.3,反應時間0.3、系統(tǒng)最大射擊區(qū)域半徑0.2、系統(tǒng)可靠性0.2。交叉概率為0.7,變異概率為0.1。

      當各節(jié)點的候選構(gòu)件數(shù)為10、30時,隨機運行一次的結(jié)果分別如圖5、6所示。通過仿真,可以得到如下結(jié)論:隨著遺傳代數(shù)的增加,適應值增大,最后趨于穩(wěn)定;選擇構(gòu)件數(shù)增多時,適應值增大。

      圖5 候選構(gòu)件數(shù)為10時,隨機運行一次的結(jié)果

      圖6 候選構(gòu)件數(shù)為30時,隨機運行一次的結(jié)果

      當節(jié)點上構(gòu)件數(shù)目依次按5,10,15,20,30,40,50遞增時,運行次數(shù)50次,取平均值,算法計算結(jié)果如表2所示。

      表2 遺傳算法的試驗結(jié)果

      實驗結(jié)果表明隨著節(jié)點上可供選擇的基本構(gòu)件數(shù)增多,解的適配值逐漸增大,計算時間逐漸增加。符合隨著構(gòu)件選擇機會增多解逐漸優(yōu)化,但計算復雜度增大。

      文獻[2]中,使用禁忌搜索算法求解 Web服務組合問題,在超出本文算法的時間內(nèi)求得最優(yōu)解(運算時間數(shù)量級相同,如服務數(shù)為10時,耗時345ms),考慮文獻[2]中實驗平臺性能略低,本文節(jié)點相對校少,且迭代參數(shù)設置會對運算時間造成影響,所以說本算法效果是可以的。

      7 結(jié)語

      針對大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件重組問題,本文將系統(tǒng)精度、反應時間、可靠性和最大射擊區(qū)域半徑作為衡量功能組合方案的重要指標,提出了一種功能構(gòu)件組合優(yōu)化方法。實驗結(jié)果表明,本文算法結(jié)果是可行有效的。下一步的工作主要是結(jié)合具體的大口徑艦炮武器系統(tǒng)功能構(gòu)件,明確各個構(gòu)件的功能屬性和指標參數(shù),更好地服務于大口徑艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用和輔助決策。

      [1]王航宇,王士杰,李鵬.艦載火控原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006:45.

      [2]董宗然,李迎秋,陳明華.基于禁忌搜索算法的web服務組合優(yōu)化[J].計算機工程與設計,2010,31(5):942945.

      [3]郭錫福.遠程火炮武器系統(tǒng)射擊精度分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004:95102.

      [4]衛(wèi)愛萍,王士杰,等.現(xiàn)代艦艇火控系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008:8083.

      [5]邢昌風,李敏勇,吳玲.艦載武器系統(tǒng)效能分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007:4547.

      [6]邢昌風,陳棟,劉高峰.艦炮火控系統(tǒng)反應時間與精度關系的仿真[J].火力與指揮控制,2003,28(3):4244.

      [7]王濤.遺傳算法及其應用[J].新鄉(xiāng)學院學報,2008,25(1):5658.

      [8]張成文,蘇森,陳俊亮.基于遺傳算法的QoS感知的Web服務選擇[J].計算機學報,2006,29(7):10291036.

      [9]古凌嵐,孫素云.基于遺傳算法的組合服務選擇方法[J].計算機工程與設計,2011,32(11):38773880.

      [10]楊溢龍,王偉茹,楊靜.基于遺傳算法 Web服務組合的一般過程[J].計算機與數(shù)字工程,2012,40(7).

      [11]方周,陳榮平,蔡美玲.遺傳算法在 Web服務組合中的應用[J].計算機與現(xiàn)代化,2007(12):118121.

      猜你喜歡
      艦炮口徑射擊
      大口徑艦炮彈藥儲供系統(tǒng)可靠性研究
      畫與理
      步槍口徑之爭(下)
      步槍口徑之爭(上)
      一門艦炮殺四方
      軍事文摘(2021年16期)2021-11-05 08:49:08
      為什么射擊最高的成績是10.9環(huán),而不是11環(huán)
      機槍射擊十八式
      一門艦炮殺四方
      基于Simulink的高精度艦炮隨動系統(tǒng)建模與仿真
      全口徑預決算審查監(jiān)督的實踐與思考
      人大建設(2017年9期)2017-02-03 02:53:40
      404 Not Found

      404 Not Found


      nginx
      阿拉善左旗| 蓬莱市| 独山县| 若羌县| 四子王旗| 沧州市| 杂多县| 宿松县| 桓台县| 舞阳县| 襄垣县| 凤台县| 麻阳| 东源县| 康平县| 长兴县| 南阳市| 大港区| 灯塔市| 阜宁县| 顺昌县| 内乡县| 泰宁县| 醴陵市| 辉县市| 连城县| 桦川县| 上犹县| 建昌县| 西贡区| 合作市| 噶尔县| 元氏县| 丁青县| 吉林省| 崇义县| 龙门县| 岳普湖县| 车致| 白城市| 广宁县|