复杂战场环境空中加油空域规划

摘 要：在现代战争条件下，拥有了制空权就等于是拥有了战场上的主动权，而制空权的夺取需要依靠着战斗机的长时间的飞行以及作战能力，在这之中，空中加油技术发挥了关键性的作用。它不仅可以大幅度的提高战斗机的作战半径，而且还可以延长飞机在空中的停留时间，因而世界各个军事大国都十分重视对空中加油能力的研发。本文就复杂战场环境下作战飞机的空中加油空域规划做了研究和分析，并采用仿真实验的方式来对其可靠性进行了验证，以期可以为空中加油空域规划提供一些理论参考。

关键词：空中加油;空域规划;复杂战场环境

引言：

在当前阶段，对于空中加油技术的研究与分析多集中于飞机航路的规划和设计方面，其主要的目的是为了降低油量的消耗，但对于复杂战场环境下的空中加油空域规划来讲，其规划的难点以及重点在于结合实际的战场情况来设计加油空域的中心位置，这对于高效高质的完成空中加油任务以及提升作战飞机的效率都有着十分重要的作用。

1.加油空域规划的原理

对于加油空域的规划来讲，其应该以加油机以及作战飞机飞行航路的基础之上来展开设计，并结合各种因素来对战场进行综合分析，在经过计算之后得出合理的空域中心位置、空域大小、空域高度等，从而全面完成对加油空域的规划任务。由此我们可知，在对加油空域进行规划的过程中其设计难点与重点都是确定空域的中心点。

2.规划方案设计

2.1设计思路

首先依据机场位置、目标空域以及飞机航程和受油飞机半径来规划出空中加油的可行空域，并综合考虑红方雷达的保护区域以及蓝方地面防空武器的威胁半径来进一步确定空域加油的初始可行区域[1]。然后通过对红方雷达通信保障、蓝方雷达威胁以及飞机执行作战任务的具体时间等因素进行目标函数的设计，同时利用IGA在已确定的空域加油初始可行区域范围内搜寻最佳区域作为最终确定的空中加油区域，从而在经过目标函数的计算之后能够得出最优的结果，并以此为基础来对加油空域的相关参数进行规划和设计[2]。

2.2确定可行区域

通常情况下我们利用目标函数来对空域加油的可行区域进行确定，其具体的流程为：假设作战飞机的机场位置为F，空中加油机的机场位置为R，加油空域的位置为σ，空域加油的目标区域为T，作战飞机至加油空域的距离为DFσ，空中加油机至加油空域的距离为DRσ，加油空域至目标空域的距离为DσT。那么对于规划的加油空域来说，其主要受到以下4个因素的限制：

① DFσ应小于作战飞机的最大航程RL;

② DσT应小于作战飞机的最大作战半径RF;

③ 确保规划的加油空域在红方雷达的有效保护范围之内;

④ 规划的加油空域应在蓝方雷达的威胁范围之外。

距离变量的示意图如下图1所示，由图中我们可知，我们先将作战飞机的机场以及目标区域中心位置作为圆心，以RL和RF为半径，得出对应的相交区域M，及图1中的阴影区域[3]。规划的初始可行区域示意图如下图2所示，由图中我们可知，规划的初始可行区域为相交区域M和红方雷达保障区域L交叉的公共区域，除去蓝方雷达所覆盖的威胁区域，使用公式表示为：X一（M n L）一K，即图2中的阴影区域。

2.3目标函数设计

在规划空域加油的过程中，红方雷达的有效通信保障率、蓝方雷达的威胁代价以及作战飞机和空中加油机的时间代价是三个对空域加油成功概率有着重要影响的因素，通过综合考虑上述三个关键因素，利用函数对其精准的数据计算，在此基础之上我们可以得出空中加油的目标函数为：

其中J为新的威胁代价， T为新的耗时代价， F为新的耗油代价。最后对这三个代价取加权和， 权重因子取为wi 得到目标函数：

其中

由此我们得知，即K的值越小，对应的加油空域规划方案的性能越好。

1.仿真分析

本次仿真分析以F-16战斗机和KC-10加油机为实验对象，结合公开的飞机飞行性能参数，我们设F-16的最大航程为1600km，作战半径为600km，那么对应的加油空域范围则为3000km，结合上述已知的参数我们进行仿真实验所设置的区域范围为2000×500km[4]。利用IGA算法来对关键的数字进行计算，并同时设置了3种不同的权重系数，可得出在不同权重下的加油空域计算结果如下表1所示。

在对加油空域中心位置及角度规划后，根據气象数据可知，加油空域内有云层，云底高4000 m，云顶高4500m。根据空域高度规划计算结果可以得知，规划加油空域底高为4600 m，顶高为6000 m。

根据表格中得出的具体数据，我们对三种不同权重下空域加油的计算结果分析可知，要想保证空域加油的成功率，就需要使得作战飞机尽可能地从蓝方雷达的覆盖盲区通过，到达红方雷达的保障区域内，并同时确保空中加油机尽量地远离蓝方雷达的威胁区域。因而，在实际战争中我们需要根据作战的实际需求来进行相关权重和参数的设置，以便得到最优的加油空域。

结语：

由此我们可以看出，对于在现代战争条件下的空中加油空域进行规划是一个受限条件较多且较为负责的问题，因此我们在对其进行规划和计算时应综合考虑到各种必要的约束条件，运用遗传算法的功能来规划和设计，以便得出更加直观和高质量的规划结果。

参考文献：

[1]孙勇成，蔡俊伟，张帅. 复杂战场环境空中加油空域规划[J]. 指挥信息系统与技术，2018，9（3）：59-64.

[2]李艺辉，韩旭东. 基于遗传算法的战场空中加油空域规划[J]. 计算机仿真，2016，33（8）：58-62.

[3]钱海力，秦望龙. 基于聚类方法的多作战任务加油空域规划[J]. 信息化研究，2020，46（3）：17-22.

[4]刘健豪，艾剑良.飞机空中加油航路规划的最优化研究[J].复旦学报（自然科学版），2014，53（1）：141-146.

作者简介：林佳徐，男，汉族 山东烟台 2000.02，本科，空军工程大学学员（陕西西安）（710051）主要研究方向指挥控制。