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2026年AEI SCI1区TOP，无人机集群的路径规划与干扰资源分配一体化，深度解析+性能实测

news 2026/3/26 19:55:35

1.摘要

针对无人机集群对抗雷达过程中威胁评估与路径规划、干扰资源分配协同优化难题，本文提出一种统一建模方法，该方法基于灰色TOPSIS进行雷达威胁评估，并采用一维实数编码融合连续路径参数与离散干扰变量，结合引入差分进化扰动机制和自适应参数调节的改进PSO算法实现高效协同优化。仿真结果表明，该模型在动态战场环境下可构建安全通道，使战斗机生存率达到96.70%；对比实验进一步验证了改进PSO在稳定性、时间效率和收敛速度方面的综合优势。

2.路径规划与资源分配模型

雷达威胁评估模型（Grey-TOPSIS）

威胁区间定义为：
D = { d 0 , d 1 , d 2 , d 3 , d 4 , d 5 } , D ∈ [ 0 , L ] , L = 5 D=\{d_0,d_1,d_2,d_3,d_4,d_5\},\quad D\in[0,L],\mathrm{~}L=5D={d0,d1,d2,d3,d4,d5},D∈[0,L],L=5

雷达类型与工作模式按威胁等级递增排序，用于先验威胁赋值。

Grey-TOPSIS综合评估，定性指标：
y i j = x i j ∑ i = 1 m x i j 2 y_{ij}=\frac{x_{ij}}{\sqrt{\sum_{i=1}^mx_{ij}^2}}yij=∑i=1mxij2xij

定量指标：
y i j = 1 x i j ∑ i = 1 m ( 1 x i j ) 2 y_{ij}=\frac{\frac{1}{x_{ij}}}{\sqrt{\sum_{i=1}^m(\frac{1}{x_{ij}})^2}}yij=∑i=1m(xij1)2xij1

通过熵权法确定权重，结合灰色关联分析与TOPSIS距离度量，同时考虑与理想威胁状态的接近程度及偏离程度，最终得到雷达综合威胁度指标。

针对资源分配问题，建立包含频率匹配、时间效率、功率分配、干扰样式、抗干扰能力及空间关系等因素的综合干扰效能模型，量化干扰机对各雷达的压制能力。

3.改进PSO算法

为实现路径规划与资源分配的统一优化，本文设计了一种一维实数编码机制。染色体由两部分组成，路径规划基因:长度为7N,用于编码每架干扰机的圆形轨迹几何参数;资源分配基因：长度为NT，用于表示各时刻的目标选择与功率分配。

资源分配通过一个实数V VV同时表示雷达目标选择 + 功率分配比例：
V = ∑ i = 1 K R i ⋅ 10 n ( K − i ) + ∑ i = 1 K − 1 P i 10 d ( i − 1 ) V=\sum_{i=1}^KR_i\cdot10^{n(K-i)}+\sum_{i=1}^{K-1}\frac{P_i}{10^{d(i-1)}}V=i=1∑KRi⋅10n(K−i)+i=1∑K−110d(i−1)Pi

其中，R i R_iRi是第i ii个目标雷达编号，P i P_iPi是对应功率分配比例，n = ⌈ log ⁡ 10 ( M + 1 ) ⌉ n=\lceil\log_{10}(M+1)\rceiln=⌈log10(M+1)⌉为雷达编号位数，d dd为功率精度位数。

目标功率归一：
P K = 1 − ∑ i = 1 K − 1 P i P_K=1-\sum_{i=1}^{K-1}P_iPK=1−i=1∑K−1Pi

整数部分表示离散目标选择，小数部分表示连续功率分配。

雷达编号提取：
R i = ⌊ V 10 n ( K − i ) ⌋ m o d 10 n R_i=\left\lfloor\frac{V}{10^{n(K-i)}}\right\rfloor\mathrm{~mod~}10^nRi=⌊10n(K−i)V⌋mod10n

功率比例由小数部分提取并归一化，确保满足总功率约束。

为求解路径—资源协同优化问题，本文提出一种改进PSO-DE混合优化算法，包括分层初始化、动态参数调节的PSO更新机制，每个个体解向量定义为：
x = [ p , a 1 , 1 , a 1 , 2 , . . . , a N , T ] x=[p,a_{1,1},a_{1,2},...,a_{N,T}]x=[p,a1,1,a1,2,...,aN,T]

变异方式：
x i ′ = x a + F ( x b − x c ) x_i^{\prime}=x_a+F(x_b-x_c)xi′=xa+F(xb−xc)

4.结果展示

5.参考文献

[1] He L, Liu X, Yang Y, et al. Integrated path planning and jamming resource allocation for UAV swarm: A unified real-coded model optimized by adaptive PSO-DE with Grey-TOPSIS threat assessment[J]. Advanced Engineering Informatics, 2026, 69: 103867.