舰载无人机光电载荷对海搜索方式与搜索宽度

第33卷 第6期 指挥控制与仿真 Vol.33 No.6 2011年12月 Command Control & Simulation Dec. 2011

文章编号：1673-3819(2011)06-0005-03 舰载无人机光电载荷对海搜索方式与搜索宽度 谭安胜，贺 凯，郭江龙 （海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018） 摘 要：搜索方式与搜索宽度是舰载无人机对海搜索效率与搜索力配置研究的基础。基于舰载无人机及其光电载荷的性能特点，提出了舰载无人机对海搜索的七种基本搜索方式，并从不同的角度对舰载无人机对海搜索方式进行了分类，给出了搜索方式的选择方法；建立了舰载无人机光电载荷搜索宽度计算模型，为舰载无人机系统采用不同的搜索方式进行搜索时计算其搜索效率和搜索力的配置提供了决策依据。 关键词：舰载无人机；光电载荷；搜索方式；搜索宽度 中图分类号：E926.392 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2011.06.002 The Search Method and Search Width of Optical Payload of Shipborne UAV for Sea Target TAN An-sheng, HE Kai, GUO Jiang-long (Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China) Abstract: The search way and the search width are the basis of the study on the search efficiency. Based on the characteristic performance of the optical payload, seven basic methods of searching are proposed for the shipborne UAV searching the sea target, and the methods are divided into some types from different aspects, and provided the selecting ways. The search width model is constructed, based on which, the commander can make decision that how to configure the recourses to get the optimal efficiency. Key words: shipborne UAV; optical payload; search method; search width 舰载无人机保障驱护舰编队对海导弹攻击是一个复杂的、系统的决策运用过程，目标散布区域的“先验信息”是编队指挥员做出在何时将舰载无人机放飞至何处、采用何种方式对目标进行搜索、定位与引导等决策的基础。在已掌握目标散布区域的“先验信息”时，采用何种搜索方式进行搜索，不同搜索方式的搜索宽度如何度量，是舰载无人机保障驱护舰编队对海导弹攻击研究中必须解决的基本问题。 1 舰载无人机对海搜索方式及选择 舰载无人机使用光电载荷对海上目标进行搜索时，可根据具体的搜索任务（主要是根据战术机动区的大小、目标可能活动区域的大小，以及无人机的搜索能力）确定是由单机进行搜索还是多机编队进行搜索。为此，舰载无人机对海上目标的搜索可分为单机搜索和多机编队搜索。无论是单机搜索还是多机编队搜索，按无人机飞行方向和光电载荷视轴偏角及多机编队队形配置可分为多种搜索方式。 1.1 舰载无人机对海基本搜索方式 舰载无人机对海搜索的基本搜索方式可由光电载荷的视轴偏角β和无人机运动状态（运动、悬停）来 收稿日期：2011-06-06 修回日期：2011-07-06 作者简介：谭安胜（1963-），男，山东荣成人，博士，教授，主要研究方向为军事运筹、兵种战术、舰载武器作战使用等。 贺 凯（1986-），男，硕士研究生。 郭江龙（1988-），男，硕士研究生。 定义。如果0β=D，则称为纵飞推扫；如果090β<

全战术机动区”。该区域由战场态势决定，具有动态性。 在描述舰载无人机对海搜索兵力配置时，还要区分一组概念：搜索飞行区域、搜索区域和目标散布区域。对这组概念的理解，有利于分析舰载无人机搜索方式的选择问题。“搜索飞行区域”是舰载无人机在遂行搜索任务时的飞行区域；“搜索区域”是舰载无人机在遂行任务时，光电载荷“收容面积”所控制的区域；“目标散布区域”是根据先验信息确定的目标可能分布的区域。显然，只有将光电载荷“收容面积”所控制的区域与“目标散布区域”相“重合”，才能达到最佳搜索效果。因此，搜索方式的选择，实质上就是根据这三个区域之间的关系，以舰载无人机的生存概率和搜索效率为目标函数进行合理优化的问题。 “安全战术机动区”是以目标分布中心为基准确定的（目标散布范围如图1中虚线椭圆），目标的实际位置事先对我编队来说是不确定的。目标分布区域的大小是由战场战役侦察兵力提供的目标信息的准确性和及时性决定的。也就是说，我们确定的“安全战术机动区”可能是“不安全”的。因此，搜索力的初始搜索位置应配置在 “安全战术机动区” 靠近我编队的一侧。采用“纵飞横（侧）扫”的方式进行，逐步向目标区域推进，逐步消除这种不确定性，从而确保舰载无人机的战斗坚持力。 当目标的散布范围很大时，“安全战术机动区”将“淹没”在目标散布区域内，此时，如果任务紧迫，可采用多机编队“纵飞推扫”的方式进行搜索，如果任务时间允许，可采用单机或多机编队“纵飞横（侧）扫”的方式进行搜索。 当目标的散布范围很小时，“安全战术机动区”是“安全”的，此时，舰载无人机在“安全战术机动区”内飞行，根据任务的紧迫程度，采用单机或多机编队“纵飞横（侧）扫”的方式进行搜索。这时，将“收容面积”置于“目标散布区域”内，舰载无人机始终置于“安全战术机动区”内。 总之，舰载无人机对海搜索方式的选择，应根据目标散布区域大小、任务的紧迫程度、编队舰载无人机的数量和当时的战场环境等因素综合考虑。这里将主要结论总结如下： 1）当目标分布范围较大，足以覆盖“安全战术机动区”时，如果任务紧迫，可采用多机编队“纵飞扇扫”或“纵飞推扫”的方式进行搜索，如果任务时间允许，可采用单机或多机编队“纵飞扇扫”或“纵飞横（侧）扫”的方式进行搜索。 2）当目标分布范围较小，有一定的“安全战术机动区”时，根据任务的紧迫程度，采用单机或多机编队“纵飞横（侧）扫”的方式进行搜索。 3）当突然发现目标（有可能进入目标群内部）时，需快速判明周围情况时，可视情采用“扇扫”或“环扫”的方式进行搜索。 4）是采用单机还是多机编队搜索，视任务时限、目标散布区域的大小和编队舰载无人机数量确定。 5）在任何情况下，采用单机或多机编队“纵飞横（侧）扫”的方式进行搜索，舰载无人机具有更高的生存概率。 2 舰载无人机对海搜索宽度模型 舰载无人机的飞行空域、飞行方式、机动方式、飞行高度、飞行距离、光电载荷的视轴指向等统称为舰载无人机的“空间状态”。对于给定的光电载荷，“空间状态”对搜索发现目标具有决定性的影响。舰载无人机的搜索方式是由“空间状态”决定的，不同搜索方式其搜索宽度不同，不同的搜扫宽度具有不同的搜扫效率。 2.1 基本假设 1）舰载无人机定高匀速直线飞行； 2）在一次搜索过程中，不改变视轴俯角θ，即收容面积不变； 3）无人机航向线和视轴在水平面上的投影线之间的夹角[0,90]β∈DD，且在一次搜索过程中保持不变。 2.2 模型建立 设舰载无人机飞行高度为h、与目标的水平距离为r，无人机航向线与光电载荷视轴铅垂面的夹角为β（称为视轴偏角），视轴俯角为θ。如图2所示，cd称为舰载无人机的搜索宽度。 设舰载无人机航向线在海平面上的投影为y轴，做与y轴平行的两条直线与视轴偏角为β时的光电载荷收容矩形相交于点O、P，则两条平行线之间的距离为舰载无人机光电载荷在视轴偏角为β时的搜扫宽度。 Mmd

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’a图1 舰载无人机安全战术机动区示意图 第5期 指挥控制与仿真 7

由参考文献[1]可知：Wlγ=，sinlLεθ=。 于是 22222222()()sinsinsinllOPWLlεγγθεθθ=+=+=⋅+ （1） OP与视轴线的夹角η： 4tansinsin3γηθθε== （2） 4arctan(sin)3ηθ= （3） 则 sin()cdOPβη=⋅+ （4） 将式（1）和式（3）带入式（4）并整理得： 22224sinsin(arctan(sin))3sinchdγθεβθθ=⋅+⋅+（5） 式（5）表明：对于给定的光电载荷，当舰载无人机飞行高度h和视轴俯角θ一定时，其搜扫宽度cd由光电载荷视轴偏角β唯一确定。当490arctan(sin)3βθ=−D时，cd达最大值。 按照参考文献[2]的类似分析方法，设舰载无人机与目标的相对速度向量为rV。如果将发现流看作是Poisson流，则舰载无人机的发现概率可表示为 11exp()crjctFdVtPPeSλ−=−=−− （6） 式中，cjcdP可以看成是舰载无人机光电载荷的“有效搜索宽度”，具有普遍意义。对于任意的搜索者，如果采用连续搜索，只要计算出其有效搜索宽度，就可用该式求出发现概率。式中cjcrdPV是搜索者单位时间内的有效搜索面积，可以看成是搜索者使用该搜索器材时的“搜索效率”（效率是指单位时间内完成的工作量[3]），当有n架无人机采用平行搜索时，其有效搜索宽度为()cjcrkndPV，k为重叠系数1k≤。式中jcP就是光电载荷瞬时发现概率p，具体计算方法将另文介绍。 3 结束语 舰载无人机对海搜索方式由舰载无人机及其光电载荷的性能特点决定，舰载无人机对海搜索方式的选择由目标分布规律和对海搜索态势决定，舰载无人机对海搜索宽度由搜索方式决定，舰载无人机对海搜索效率由对海搜索宽度决定，舰载无人机对海搜索力的配置由搜索效率决定，这些要素之间相互联系、相互制约，关系复杂。本文基于舰载无人机及其光电载荷的性能特点，对舰载无人机对海搜索方式和搜索宽度进行了探讨，基于对搜索飞行区域的分析，给出了搜索方式的选择方法，建立了舰载无人机光电载荷搜索宽度计算模型，该模型为舰载无人机系统采用不同的搜索方式进行搜索时，计算其搜索效率以及研究搜索力的配置奠定了基础。 参考文献： [1] 谭安胜.舰载无人机光电载荷对海上目标搜索决策分析[J].指挥控制与仿真,2010(4):22-32. [2] 谭安胜,叶丹,等.驱护舰编队对潜防御效率与决策分析[J].军事运筹与系统工程,2006(4):65-69. [3] 吕淑湘.现代汉语辞典[M].北京:光明日报出版社,2002:1356. 图2 舰载无人机搜索宽度示意图 LWyxwV

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