基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法

1.本发明涉及一种多发复杂武器系统协调优化方法，属于潜射航行体水下发射协调优化领域。


背景技术：

2.在海上军事对抗中，无论是海对海，亦或是海对陆、海对空的作战模式，潜艇由于其隐蔽性发挥着不可替代的作用，故而各国都在大力攻关发展水下潜射技术。然而随着反导技术的不断发展，对导弹拦截效率不断提升，单一形式的导弹攻击很难达到既定作战目标，难以对目标物实现有效毁伤。饱和攻击作为提高导弹突防能力的一种有效手段，即对目标进行超过其反导能力的密集攻击，正逐步受到各国关注。
3.在发射一枚弹后水下发射设备会立刻暴露位置，因此必须在保证安全发射的条件下在最短时间内完成齐射。对于海上军事而言，对水下齐射时序规划技术进行攻关已经刻不容缓。目前进行水下发射时序规划研究的主要手段是通过各种排序算法以及其它通用算法，鲜有针对水下发射情况的兼顾效率和准确度的算法。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决目前的水下发射时序规划研究的主要手段主要是基于排序算法实现的，从而导致针对水下发射情况不能兼顾效率和准确度。
5.基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法，包括影响函数建立过程和实时最优策略计算的过程；
6.影响函数建立过程包括以下步骤：
7.1、对于武器系统进行cfd仿真；
8.2、分别分析仿真得到不同影响因素的影响下的首次发弹弹道和姿态曲线，即分别以影响因素为自变量以航行体的次发弹的弹道曲线以及姿态曲线作为因变量画出图像，其中取首发弹的弹道和姿态曲线作为对比和参考；
9.引入干扰评价因子s来评定干扰的强弱；干扰评价因子式中θ1和θ2分别为首次发弹在垂向运动两个弹长位置时的俯仰角；根据干扰评价因子s确定影响因素中对于次枚弹的弹道具有影响的影响因素，记为次枚弹影响因素；
10.3、根据次枚弹影响因素确定评价距离d，经过工况分析得到不同数值模拟工况下对应的评价距离和影响，将所有工况数据绘制成横坐标为评价距离d、纵坐标为次发弹所受影响s的点线图，进而得到评价距离-影响的曲线s，即影响函数；
11.4、以最短暴露时间或最密弹药布置作为优化对象以影响函数作为约束函数，用于多弹协调发射优化；
12.实时最优策略计算的过程包括以下步骤：
13.(1)获取用户需求，以及n发m类导弹全排列顺序；
14.用户需求包括艇速、要发射弹的种类和数量，以及优化对象和可靠性要求，优化对象为是按照最短暴露时间还是最密弹药布置；
15.m类导弹所对应的导弹类型包括对陆导弹、对舰导弹等；n发m类导弹全排列顺序中的每个排列顺序记为第n种方法；
16.(2)利用约束函数确定第n种方法的第i发导弹发射方法；计算空间间隔，然后将时间间隔从0开始带入影响函数，计算影响函数值是否达到用户的可靠性要求，若未达到则将将要求的影响s带入影响函数的反函数，得到评价距离d的范围，最终确定n种方法的第i发导弹发射方法；
17.(3)计算完成后按照用户需求将所有方法排列，输出最优多类多发导弹发射方法。
18.进一步地，步骤(2)所述利用约束函数确定第n种方法的第i发导弹发射方法之后，将确定n种方法的第i发导弹发射方法存入数据库。
19.进一步地，步骤(3)所述计算完成后按照用户需求将所有方法排列时按照时间排序或者按照距离排序。
20.进一步地，步骤2中所述不同影响因素包括艇速、时间间隔、空间间隔、深度和发射速度。
21.进一步地，步骤2中所述次枚弹影响因素包括艇速，时间间隔，空间间隔。
22.进一步地，评价距离d＝|δd v
·
δt|，其中v为艇速，δd为空间间隔，δt为时间间隔三变量。
23.进一步地，影响函数
24.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法。
25.一种基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法。
26.有益效果：
27.本发明无论是以最短暴露时间还是最密弹药布置作为优化对象进行优化时本质都是为了提高发射效率，同时本发明以影响函数作为约束函数，该影响函数是基于对次发弹的影响的前提下建立的，而且对次发弹的影响是基于实际的下发射情况中关于涡旋、气液两相演化和速度场确定的，所以本发明还可以很好的控制前发弹对次发弹的影响，进而保证发射准确率。因此本发明针对水下发射情况兼顾了效率和准确度，能够提高水下发射效果。
附图说明
28.图1为本发明的流程示意图；
29.图2为采用流体仿真软件仿真得到的演化图像；
30.图3为不同艇速下俯仰姿态对比曲线；
31.图4为不同时间间隔俯仰姿态对比曲线；
32.图5为不同发射间距(空间间隔)俯仰姿态对比曲线；
33.图6为多弹协调发射优化流程示意图。
具体实施方式
34.本发明旨在实现水下齐射时发射时序的快速规划，用于完成在指定影响函数要求下水下发射最短时序的规划研究。因此本发明基于水下连续发射多相流影响的多类多发复杂武器系统提供了一种协调优化方法，主要包括前期系统影响函数建立方法和实时最优策略计算方法两部分内容，下面结合具体实施方式进行说明。
35.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，
36.本实施方式所述的基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法，包括以下步骤：
37.一、系统影响函数建立方法：
38.1、对于武器系统进行cfd仿真。
39.2、分别分析仿真得到不同的艇速，时间间隔，空间间隔，深度和发射速度影响下的首次发弹弹道和姿态曲线。即分别以艇速，时间间隔，空间间隔为自变量以航行体的次发弹的弹道曲线以及姿态曲线作为因变量画出图像，其中取首发弹的弹道和姿态曲线作为对比和参考。并观察仿真得到的流场演化图像中的涡旋、气液两相演化和速度场，可以发现艇速，时间间隔和空间间隔的变化带来的影响为对于次发弹姿态的影响。为量化这种印象引入干扰评价因子s来评定干扰的强弱。干扰评价因子根据下式给出式中θ1和θ2分别为首次发弹在垂向运动两个弹长位置时的俯仰角；将分别以艇速，时间间隔，空间间隔为自变量，干扰为因变量建立影响曲线。
40.3、在研究艇速v、空间间隔δd、和时间间隔δt三变量因素之间的关系后，可以发现三者的变化本质上是改变了首发弹尾涡与次发弹的相对位置，因此定义评价距离d＝|δd v
·
δt|以综合艇速v、空间间隔δd、和时间间隔δt三变量，量化分析对于次枚弹的弹道影响。经过工况分析和计算得到了不同数值模拟工况下对应的评价距离和影响。将所有工况数据绘制成横坐标为评价距离d纵坐标为次发弹所受影响s的点线图，就得到一个关于评价距离和影响的曲线，最后拟合得到如下的影响函数：
[0041][0042]
其中自变量d为前文定义的评价距离，因变量s为前文定义的次发弹所受到的影响。
[0043]
4、以最短暴露时间，或最密弹药布置作为优化对象以影响函数作为约束函数，用于多弹协调发射优化；其中，影响函数即影响曲线对应的函数。
[0044]
最短暴露时间(连续发射任务下达后从第一发弹出筒开始计算直到任务要求的最后一发弹发射完毕为止此时间段定义为暴露时间)，实际上就是要求暴露时间尽可能短。
[0045]
最密弹药布置，也就是说在作战任务指定后，多型号弹的发射要求基本确定，那么载弹平台为提高平台利用率需要规划每一颗弹的位置，最密实际上就是要求在有限的平台上和要求的暴露时间内尽可能布置最多的可发射弹药。
[0046]
二、实时最优策略计算方法：
和θ2分别为首次发弹在垂向运动两个弹长位置时的俯仰角；将分别以艇速，时间间隔，空间间隔为自变量，干扰为因变量建立影响曲线。
[0060]
3、在研究艇速v、空间间隔δd、和时间间隔δt三变量因素之间的关系后，可以发现三者的变化本质上是改变了首发弹尾涡与次发弹的相对位置，因此定义评价距离d＝|δd v
·
δt|以综合艇速v、空间间隔δd、时间间隔δt三变量，量化分析对于次枚弹的弹道影响。经过工况分析和计算得到了不同数值模拟工况下对应的评价距离和影响，详见下表。
[0061]
表1各工况下次发弹受到影响的量化
[0062][0063]
通过表中数据得到一个关于评价距离和影响的曲线，最后拟合得到如下的影响函数：
[0064][0065]
其中自变量d为前文定义的评价距离，因变量s为前文定义的次发弹所受到的影响。
[0066]
4、以最短暴露时间，或最密弹药布置作为优化对象以影响函数作为约束函数，用于多弹协调发射优化；其中，影响函数即影响曲线对应的函数。
[0067]
最短暴露时间(连续发射任务下达后从第一发弹出筒开始计算直到任务要求的最后一发弹发射完毕为止此时间段定义为暴露时间)，实际上就是要求暴露时间尽可能短。
[0068]
最密弹药布置，也就是说在作战任务指定后，多型号弹的发射要求基本确定，那么载弹平台为提高平台利用率需要规划每一颗弹的位置，最密实际上就是要求在有限的平台上和要求的暴露时间内尽可能布置最多的可发射弹药。
[0069]
当影响函数建立以后，就是齐射发射过程的协调优化方法，以最短暴露时间，或最密弹药布置作为目标函数，以影响曲线作为约束函数，用于多弹协调发射优化。如图6所示，实时最优策略如下：
[0070]
(1)输入用户需求以及n发m类导弹(对陆导弹、对舰导弹等)全排列顺序方法(或者用户需要的发射方法)。例如载弹平台上有对陆和对舰导弹各10发，需要发射5发导弹，其中有2发对陆，3发对舰。那么全排列就有10*9*10*9*8共64800种方案，里面至少有一种方案可以满足需求。
[0071]
(2)利用约束函数(影响函数)确定第n种方法的第i发导弹发射方法。例如上文的
64800种中的第1种方法共要发射5发弹，每一发弹的评价距离d都是可以通过影响函数算出来的，5发算完了，就可知道这第一种方法的总暴露时间或布置方式。当把上文中的64800种方案全部计算完成就可以找到符合要求的最好的方案。
[0072]
(3)存入数据库总数据库。本步的作用将已经计算过的方法记录下来，以后若遇到相似的任务可以直接查阅，节省计算时间，随着系统的不断使用数据库会不断扩大，得到最优方案的效率也将不断提高。
[0073]
(4)计算完成后按照用户需求将数据库中所有方法排列。就是按照要求的将算出来的所有结果排序。
[0074]
(5)输出最优多类多发导弹发射方法。排序后在最前面的方案就是最优的，但结合战术实际，一般输出多种方法供用户选择。
[0075]
当然计算时间和优化结果具有一定的矛盾性，为平衡计算时间和优化结果，可以从全排列库中随机选取有限个发射方法进行计算，选取其中最优化结果最终优化结果。或是选取某种智能算法(例如贪心算法，蚁群算法等)目的是短时间内得到一种达到优化要求的方法。为实时发射协调工作争取时间。下图为发射协调系统主要计算流程。
[0076]
具体实施方式二：
[0077]
本实施方式为一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现所述的基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法。
[0078]
应当理解，包括本发明描述的任何方法对应的可以被提供为计算机程序产品、软件或计算机化方法，其可以包括其上存储有指令的非暂时性机器可读介质，所述指令可以用于编程计算机系统，或其他电子装置，以执行的过程。存储介质可以包括但不限于磁存储介质，光存储介质；磁光存储介质包括：只读存储器rom、随机存取存储器ram、可擦除可编程存储器(例如，eprom和eeprom)以及闪存层；或者适合于存储电子指令的其他类型的介质。
[0079]
具体实施方式三：
[0080]
本实施方式为基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化设备，所述设备包括处理器和存储器，应当理解，包括本发明描述的任何包括处理器和存储器的设备，设备还可以包括其他通过信号或指令进行显示、交互、处理、控制等以及其他功能的单元、模块；
[0081]
所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现所述的基于水下连续发射多相流影响的武器系统协调优化方法。
[0082]
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。