復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境空中加油空域規(guī)劃

摘 要：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，擁有了制空權(quán)就等于是擁有了戰(zhàn)場上的主動權(quán)，而制空權(quán)的奪取需要依靠著戰(zhàn)斗機的長時間的飛行以及作戰(zhàn)能力，在這之中，空中加油技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。它不僅可以大幅度的提高戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)半徑，而且還可以延長飛機在空中的停留時間，因而世界各個軍事大國都十分重視對空中加油能力的研發(fā)。本文就復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下作戰(zhàn)飛機的空中加油空域規(guī)劃做了研究和分析，并采用仿真實驗的方式來對其可靠性進行了驗證，以期可以為空中加油空域規(guī)劃提供一些理論參考。

關(guān)鍵詞：空中加油;空域規(guī)劃;復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境

引言：

在當前階段，對于空中加油技術(shù)的研究與分析多集中于飛機航路的規(guī)劃和設(shè)計方面，其主要的目的是為了降低油量的消耗，但對于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的空中加油空域規(guī)劃來講，其規(guī)劃的難點以及重點在于結(jié)合實際的戰(zhàn)場情況來設(shè)計加油空域的中心位置，這對于高效高質(zhì)的完成空中加油任務(wù)以及提升作戰(zhàn)飛機的效率都有著十分重要的作用。

1.加油空域規(guī)劃的原理

對于加油空域的規(guī)劃來講，其應(yīng)該以加油機以及作戰(zhàn)飛機飛行航路的基礎(chǔ)之上來展開設(shè)計，并結(jié)合各種因素來對戰(zhàn)場進行綜合分析，在經(jīng)過計算之后得出合理的空域中心位置、空域大小、空域高度等，從而全面完成對加油空域的規(guī)劃任務(wù)。由此我們可知，在對加油空域進行規(guī)劃的過程中其設(shè)計難點與重點都是確定空域的中心點。

2.規(guī)劃方案設(shè)計

2.1設(shè)計思路

首先依據(jù)機場位置、目標空域以及飛機航程和受油飛機半徑來規(guī)劃出空中加油的可行空域，并綜合考慮紅方雷達的保護區(qū)域以及藍方地面防空武器的威脅半徑來進一步確定空域加油的初始可行區(qū)域[1]。然后通過對紅方雷達通信保障、藍方雷達威脅以及飛機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的具體時間等因素進行目標函數(shù)的設(shè)計，同時利用IGA在已確定的空域加油初始可行區(qū)域范圍內(nèi)搜尋最佳區(qū)域作為最終確定的空中加油區(qū)域，從而在經(jīng)過目標函數(shù)的計算之后能夠得出最優(yōu)的結(jié)果，并以此為基礎(chǔ)來對加油空域的相關(guān)參數(shù)進行規(guī)劃和設(shè)計[2]。

2.2確定可行區(qū)域

通常情況下我們利用目標函數(shù)來對空域加油的可行區(qū)域進行確定，其具體的流程為：假設(shè)作戰(zhàn)飛機的機場位置為F，空中加油機的機場位置為R，加油空域的位置為σ，空域加油的目標區(qū)域為T，作戰(zhàn)飛機至加油空域的距離為DFσ，空中加油機至加油空域的距離為DRσ，加油空域至目標空域的距離為DσT。那么對于規(guī)劃的加油空域來說，其主要受到以下4個因素的限制：

① DFσ應(yīng)小于作戰(zhàn)飛機的最大航程RL;

② DσT應(yīng)小于作戰(zhàn)飛機的最大作戰(zhàn)半徑RF;

③ 確保規(guī)劃的加油空域在紅方雷達的有效保護范圍之內(nèi);

④ 規(guī)劃的加油空域應(yīng)在藍方雷達的威脅范圍之外。

距離變量的示意圖如下圖1所示，由圖中我們可知，我們先將作戰(zhàn)飛機的機場以及目標區(qū)域中心位置作為圓心，以RL和RF為半徑，得出對應(yīng)的相交區(qū)域M，及圖1中的陰影區(qū)域[3]。規(guī)劃的初始可行區(qū)域示意圖如下圖2所示，由圖中我們可知，規(guī)劃的初始可行區(qū)域為相交區(qū)域M和紅方雷達保障區(qū)域L交叉的公共區(qū)域，除去藍方雷達所覆蓋的威脅區(qū)域，使用公式表示為：X一（M n L）一K，即圖2中的陰影區(qū)域。

2.3目標函數(shù)設(shè)計

在規(guī)劃空域加油的過程中，紅方雷達的有效通信保障率、藍方雷達的威脅代價以及作戰(zhàn)飛機和空中加油機的時間代價是三個對空域加油成功概率有著重要影響的因素，通過綜合考慮上述三個關(guān)鍵因素，利用函數(shù)對其精準的數(shù)據(jù)計算，在此基礎(chǔ)之上我們可以得出空中加油的目標函數(shù)為：

其中J為新的威脅代價， T為新的耗時代價， F為新的耗油代價。最后對這三個代價取加權(quán)和， 權(quán)重因子取為wi 得到目標函數(shù)：

其中

由此我們得知，即K的值越小，對應(yīng)的加油空域規(guī)劃方案的性能越好。

1.仿真分析

本次仿真分析以F-16戰(zhàn)斗機和KC-10加油機為實驗對象，結(jié)合公開的飛機飛行性能參數(shù)，我們設(shè)F-16的最大航程為1600km，作戰(zhàn)半徑為600km，那么對應(yīng)的加油空域范圍則為3000km，結(jié)合上述已知的參數(shù)我們進行仿真實驗所設(shè)置的區(qū)域范圍為2000×500km[4]。利用IGA算法來對關(guān)鍵的數(shù)字進行計算，并同時設(shè)置了3種不同的權(quán)重系數(shù)，可得出在不同權(quán)重下的加油空域計算結(jié)果如下表1所示。

在對加油空域中心位置及角度規(guī)劃后，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)可知，加油空域內(nèi)有云層，云底高4000 m，云頂高4500m。根據(jù)空域高度規(guī)劃計算結(jié)果可以得知，規(guī)劃加油空域底高為4600 m，頂高為6000 m。

根據(jù)表格中得出的具體數(shù)據(jù)，我們對三種不同權(quán)重下空域加油的計算結(jié)果分析可知，要想保證空域加油的成功率，就需要使得作戰(zhàn)飛機盡可能地從藍方雷達的覆蓋盲區(qū)通過，到達紅方雷達的保障區(qū)域內(nèi)，并同時確保空中加油機盡量地遠離藍方雷達的威脅區(qū)域。因而，在實際戰(zhàn)爭中我們需要根據(jù)作戰(zhàn)的實際需求來進行相關(guān)權(quán)重和參數(shù)的設(shè)置，以便得到最優(yōu)的加油空域。

結(jié)語：

由此我們可以看出，對于在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下的空中加油空域進行規(guī)劃是一個受限條件較多且較為負責(zé)的問題，因此我們在對其進行規(guī)劃和計算時應(yīng)綜合考慮到各種必要的約束條件，運用遺傳算法的功能來規(guī)劃和設(shè)計，以便得出更加直觀和高質(zhì)量的規(guī)劃結(jié)果。

參考文獻：

[1]孫勇成，蔡俊偉，張帥. 復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境空中加油空域規(guī)劃[J]. 指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2018，9（3）：59-64.

[2]李藝輝，韓旭東. 基于遺傳算法的戰(zhàn)場空中加油空域規(guī)劃[J]. 計算機仿真，2016，33（8）：58-62.

[3]錢海力，秦望龍. 基于聚類方法的多作戰(zhàn)任務(wù)加油空域規(guī)劃[J]. 信息化研究，2020，46（3）：17-22.

[4]劉健豪，艾劍良.飛機空中加油航路規(guī)劃的最優(yōu)化研究[J].復(fù)旦學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，53（1）：141-146.

作者簡介：林佳徐，男，漢族 山東煙臺 2000.02，本科，空軍工程大學(xué)學(xué)員（陜西西安）（710051）主要研究方向指揮控制。