摘 要：

随着智能化技术和航空装备的发展， 无人机作战平台已经由传统的“单打独斗”向“集
群”作战方向发展。多架无人机协同侦察、协同探测、协同跟踪、协同攻击、协同拦截等，
能够实现单架无人机的任务拓展， 提升无人机集群整体的作战效能。此外，无人机自主能
力的提升，将极大的促进未来战场的转型， 催生新型作战力量，颠覆传统的战争模式。 因
此， 无人机集群协同作战受到各军事强国的广泛关注。 本文主要针对红蓝双方无人机集群
在平面内的协同对抗问题进行研究。

针对问题一，为了确定无论红方无人机采取何种拦截策略， 蓝方无人机都能成功突防
的初始位置。 本文首先分析了蓝方无人机成功突防的条件，然后分析了无人机编队构形、
编队拦截策略等因素对拦截成功率的影响，最后基于可达集概念， 将红蓝双方的对抗过程
看作一个可控系统， 采用反向可达集求解方法， 逆时间求解红方无人机编队的拦截区域，
对不同仿真时刻的初始安全状态集合求并集，即为蓝方无人机实现成功突防的初始状态集
合。 在此基础上， 问题一要求提出最优的蓝方无人机突防策略。本文提出的突防策略基本
思路为： 当蓝方无人机与红方的无人机距离较远时，由于红方无人机的机动能力较弱，蓝
方不必采取较大的机动；当蓝方无人机与红方的无人机距离较近时，则应根据所处的位置，
动态调整飞行航向，选择机动规避的机动方式。 问题一中构建的模型通过对各种影响因素
的分析，简化了问题复杂度；基于可达集的问题求解方法不需过多考虑红蓝双方无人机的
动态对抗性，便于问题求解，而且问题计算量较小，相较于穷举搜索法， 采用本文建立的
模型计算效率更高。

针对问题二， 为了确定红方无人机编队中心未确定情况下，蓝方能够成功突防的通道
宽度下限。 本文首先分析讨论了红方无人机编队三种不同初始位置分布下的拦截区域大
小，通过比较可以得出，当两个无人机拦截范围无交集，且各无人机编队的拦截区域不会
超出 C 点或 D 点时可达到最大拦截区域。综合考虑飞行速度和最小转弯半径计算最短变轨
时间，进而通过比较红蓝双方无人机的最短变轨时间得出，蓝方无人机可以借助较好地机
动性对红方无人机进行摆脱。 根据构建的数学模型，仿真分析可知，当实际通道带宽 M 比
通道下限 Mmin =80km大时， 蓝方无人机一定能突破红方无人机集群的拦截。 最后，给出蓝
方无人机时间最短的突防策略。 由仿真结果可知， 蓝方无人机时间最短的突防策略为： 蓝
方无人机在与红方无人机编队对抗过程中做三次转弯机动，三次的转弯角度分别为 45°、
90°以及 45°。

针对问题三， 首先通过图解法分析确定两个波次无人机的最佳数目分配， 当每架红方
运载机两个波次各发射 5 架无人机时， 可实现最优拦截效果。进而通过仿真，对比分析了
两种不同排布方式（并行相切式排布、分散对称式排布）下的拦截效率。同时，基于可达
集方法对两种排布下的无人机集群编队拦截区域进行分析，要实现对无人机突防边界的有
效覆盖，并行相切式排布需要耗时 120s，当选择分散对称分布式时，需要耗时t =105.2632s .
对比可知， 分散对称式排布能实现更大的拦截效果。 最后， 根据两者之间的几何关系求解
得出： 红方的每架运载机在初始时刻发射第一波次无人机后，朝着 EF 方向进行机动，在
与GH 距离11.9 km时发射第二波次的无人机，此时第一、 二波次无人机集群的中心位置和
红方运载机在同一直线上，且这条直线与CD平行，从而实现最优的拦截效果。

针对问题四， 分别构建拦截效果等效模型、 目标分配模型确定红方无人机编队的最优
策略和蓝方无人机的最优策略。 在问题三基础上， 将问题四的求解等效为五架无人机共计
10 个编队与 3 架无人机的目标分配过程。 首先分析了红方无人机编队针对蓝方无人机的拦
截方案，建立了拦截目标分配网络。在双方的突防和拦截过程中，双方的态势在不断变化，
目标分配网络根据各无人机态势的变化在不断地重新规划着拦截方案。为了实现拦截区域
最大化，采用了分散对称式排布阵型。最后，给出了红方第二波次无人机编队的发射时机。
在问题四的求解过程中， 建立以有效拦截或成功突防为目标的威胁因子，构建威胁评估模
型， 基于纳什均衡的博弈论理论， 求解确定红方无人机编队的目标分配。 纳什均衡理论的
应用，充分考虑了红蓝双方的动态博弈性；此外，威胁因子模型的构建为目标分配提供了
依据， 使得目标分配结果更具客观性

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