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【数学建模】烟幕干扰弹投放策略优化:模型与算法整合框架 - 实践

烟幕干扰弹投放策略优化:模型与算法整合框架

基于文献研究和问题需求分析,我们构建了完整的模型与算法整合框架。

一、整体建模框架

1. 核心问题分解

2. 模型整合架构

输入层 → 处理层 → 输出层
(环境参数) (模型协同计算) (最优投放方案)

二、关键模型实现

1. 烟幕弹道与扩散模型

运动学建模

# 弹道轨迹计算(含风场补偿)
def smoke_trajectory(v_drone, heading, wind_vector, drop_time):
# 初始速度合成
v_init = vector_transform(v_drone, heading)
v_total = v_init + wind_vector # 风场补偿
# 弹道计算(考虑重力加速度)
trajectory = []
for t in np.arange(0, burst_time, dt):
x = v_total.x * t
y = v_total.y * t - 0.5 * g * t**2
z = v_total.z * t
trajectory.append((x, y, z))
return trajectory
# 扩散特性建模
def smoke_diffusion(burst_point, time_elapsed, wind_vector):
# 云团沉降
center = burst_point + np.array([0, -3*time_elapsed, 0])
# 扩散半径
radius = initial_radius + diffusion_rate * time_elapsed
# 浓度分布(高斯模型)
concentration = max_concentration * np.exp(-0.5 * (distance/radius)**2)
return center, radius, concentration

2. 导弹识别与决策模型

智能响应机制

# 目标识别评估
def missile_recognition(missile_pos, target_pos, smoke_concentration):
# 视线遮蔽率计算
total_obscuration = calculate_obscuration(missile_pos, target_pos)
# 识别置信度衰减
match_confidence = base_confidence * (1 - total_obscuration)
return (match_confidence >= recognition_threshold), match_confidence
# 决策状态机
def missile_decision(missile_state, recognition_result, duration):
if missile_state == "SEEKING":
return "TRACKING" if recognition_result else "SEEKING"
elif missile_state == "TRACKING":
if not recognition_result:
return "SEARCHING" if duration > max_tracking_time else "TRACKING"
return "TRACKING"
elif missile_state == "SEARCHING":
new_path = calculate_new_path(last_known_pos, true_target_pos)
return "SEARCHING"

3. 遮蔽效能评估模型

光学遮蔽计算

def calculate_obscuration(missile_pos, target_pos, smoke_clouds):
total_transmission = 1.0
# 路径积分计算
for cloud in smoke_clouds:
path_length = calculate_path_through_cloud(missile_pos, target_pos, cloud)
extinction = mass_extinction_coeff * cloud.concentration * path_length
total_transmission *= np.exp(-extinction)
return 1 - total_transmission # 遮蔽率
def is_effective_obscuration(obscuration_rate):
return obscuration_rate > effectiveness_threshold

4. 多无人机协同模型

分布式协同框架

class DroneCoordinator
:
def __init__(self, drones, missiles):
self.drones = drones
self.missiles = missiles
self.assignment = {
}
def assign_targets(self):
# 最优任务分配
for missile in self.missiles:
best_drone = min(
self.drones,
key=lambda drone: self.calculate_assignment_cost(drone, missile)
)
self.assignment[missile] = best_drone
def coordinate_plan(self, current_time):
# 生成协同方案
return {
drone.id: self.generate_drop_plan(drone, self.assignment[missile])
for missile, drone in self.assignment.items()
}

三、优化算法设计

1. 分层优化架构

单机参数优化(PSO算法):

def optimize_drone_parameters(drone, missile):
# 目标函数:最大化遮蔽时长
def objective(params):
speed, heading, drop_time, burst_time = params
return -simulate_single_drop(
drone, missile, speed, heading, drop_time, burst_time
)
# 参数边界
bounds = [
(70, 140), (0, 2*np.pi), (0, max_time), (0, max_time)
]
return pso(objective, bounds)
http://www.wxhsa.cn/company.asp?id=2768

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