[发明专利]一种舰队防空资源子调度控制系统与方法

说明书

本发明涉及一种基于任务集控制及系统作战状态演化分析的舰队防空资源子调度控制系统与方法。该方法与系统为舰队防空资源的子调度计划建立任务集；在任务集的控制下，执行系统状态的演化分析；建立表示系统状态演化的有限状态机(FSM)模型；状态演化的有限状态机(FSM)模型基础上，求解系统状态演化的控制变量；以及应用控制变量进行防空资源子调度过程的计划编制和防空资源设施控制。

技术领域：

本发明涉及水面舰艇编队多平台协同防空指挥和调度领域，尤其涉及一种基于任务集及系统状态演化分析的舰队防空资源子调度控制系统与方法。

背景技术：

水面舰艇编队防空决策与自动化调度控制问题通常被归结于WTA(Weapon TargetAssignment)问题，主要考虑武器与目标的优化匹配，这种处理的合理性在于防空系统中武器通道不可重组。在水面舰艇编队多平台协同防空信息系统(简称MCE)支持下，编队可统一组织调度防空作战资源，针对来袭目标跨平台构建多个涵盖探测、决策、目指、跟踪、发射、制导全过程的武器信息通道对来自空中目标实施抗击，如何优化组织防空作战资源，提高编队协同区域防空能力，成为迫切需要解决的问题。MCE条件下编队协同区域防空需要解决防空通道的组织，以及武器通道与目标的匹配。现有技术中，通过先实现武器与目标的匹配，再围绕武器为其组织信息通道来解决此问题，但基于这种分步优化的策略难以保障决策通道组织与火力分配方案的整体优化。

动态调度策略有三种模式，分别是反应式(completely reactive scheduling)、规划-重调度(predictive-reactive scheduling)及鲁棒性调度(robust pro-reactivescheduling)。协同区域防空资源调度的特点是集中规划、分散实施，考虑到通道组织需要有一定的时间，因此反应式调度虽然具有实时性好的优势，却容易造成“顾此失彼”；防空作战的特点是不确定性和准实时性，与生产过程调度中的不确定性相比，防空作战过程中的不确定性部分源于对抗性；鲁棒性调度适于处理那些能够采用随机变量描述的不确定性因素，如适用于处理方案执行偏差的不确定性，但无法从整体上来解决防空资源的动态调度。

规划-重调度的调度策略可以采用滚动时域的框架，该框架具有很强的适用性和可操作性，且能兼顾动态调整和区段优化两方面的优势。滚动时域调度框架的基本要素是：场景预测、子过程建模和重调度决策

其中，子过程建模一直是决定滚动时域调度质量的关键因素，因为它是优化计算的最终载体，本质上它是一个短时段的静态调度建模，为了让滚动的短时段静态调度能够拼接成一个长期的动态优化策略，需要从两方面来考虑，一是在静态模型中考虑波动抑制问题，也就是考虑短时段静态模型在这个短时段内稳定的问题，如果子过程优化解在运用过程中被频繁调整，也就没有“滚动时域”的意义了，但在动态环境下，所谓的“短时段”也是动态的，所以子过程优化类似于鲁棒优化；另一方面是子过程终端目标的设置，这是滚动时域中的一个重要概念，指的是子过程优化模型不能直接以全过程优化目标为目标，而应考虑时域滚动的衔接问题，子过程的优化除了过程内的状态优化外，还要考虑将下一个过程开始时其状态调配到一个比较好情况，这通常通过将下一个子过程开始状态设置为优化目标来实现。

重调度决策和子过程建模是紧密关联的，从本质上说，当子过程优化模型不能实现优化效果了，就应启动重调度并进行时域滚动，因此子过程模型的质量和有效性直接影响重调度决策的效果，如果子过程模型的稳定性强，那么可以采取简单的“到期滚动”策略，也就是等待子过程自然结束到期，再启动下一阶段，但是在动态性较强的环境下，更多的是“事件触发”策略，也就是对场景变化进行评价，当变化幅度超过子过程模型的处理能力就启动重调度，因此触发的频度受到场景自然的动态性和子过程模型的鲁棒性两方面影响，考虑到联合调度的对抗性较强，而场景变化主要受编队动作所影响，所以我们认为子过程模型的鲁棒性在其中发挥更大的作用。