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【発明の名称】 武器スケジューリング装置
【発明者】 【氏名】田島 真次

【氏名】白駒 存政

【要約】 【課題】従来は、対空火器と脅威度が最大となる目標の組合せを決定するのみで、配当の際に時間の概念が入っていなかった。そのため同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射間隔による遅延時間分だけ発射が遅れ、時間あたりの発射回数を最多にする割り当て及び発射時刻を決定できなかった。

【解決手段】本発明は、配当の際に時間を考慮することにより、同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し連続発射可能となる間隔分発射が遅れることがなく、時間あたりの発射回数を最多にするよう線形計画法等の最適化手法により割当及び発射時刻を最適化するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 複数の目標の観測値を出力する目標検出部と、ミサイル発射部の各ミサイル発射装置の位置を標定する位置標定部と、各目標に対する発射弾数を設定する弾数設定部とミサイル発射部の各ミサイル発射装置の保有弾数をモニタし連続発射間隔を設定する状況抽出部と、上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、各ミサイル発射装置を制御するミサイル発射部と、上記特微量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の発射可能時間を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたことを特徴とする武器スケジューリング装置。
【請求項2】 各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の撃墜確率と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の撃墜確率と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の武器スケジューリング装置。
【請求項3】 各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の予想会合距離と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の予想会合距離と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の武器スケジューリング装置。
【請求項4】 各目標に対する目標の種類と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対する目標の種類と上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の武器スケジューリング装置。
【請求項5】 各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の予想会合時刻と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の予想会合時刻と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の武器スケジューリング装置。
【請求項6】 各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の脅威度と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の脅威度と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の武器スケジューリング装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、観測手段により得られる目標に関する情報を入力とし、目標に対処する武器を決定する必要のある武器スケジューリング装置に関するものである。
【0002】技術の発展に伴い、現代の戦争では、高空から飛来する弾道ミサイルや、決められたコースにしたがって低空を飛行する巡航ミサイル、レーダに探知されにくい爆撃機等色々な種類の高い能力を持った攻撃兵器が使用される。また、これら攻撃兵器を撃破し、無力化する防衛用兵器も多数使われる。その防衛兵器の一つに、迎撃ミサイルシステムがある。これは、電波、赤外線、可視光等利用のセンサにより攻撃兵器を目標として捉え、センサで観測された位置や速度等の情報を元に射撃を実施し目標を撃破するものである。
【0003】図8は、地対空の迎撃ミサイルシステムM7の運用状態を示す概略図であり、M1は、迎撃ミサイルシステムM7が射撃する攻撃目標、M2は、攻撃目標M1を観測するレーダ装置、M3は、レーダ装置M2から放射され攻撃目標M1を追尾する追尾用ビーム、M4は、レーダ装置M2から得られる情報をもとに各種判断、処理を行い迎撃ミサイルシステムM7全体をコントロールする射撃制御装置、M5は、射撃目標を撃破する迎撃ミサイル、M6は、迎撃ミサイルM5を発射する発射装置である。そして、迎撃ミサイルシステムM7も、攻撃目標の高性能化につれて高い能力を持つことが要求されている。つまり、センサの目標探知性能や分解能、ミサイル等の速度や飛しょう性能等の基本的な能力を向上させることのほかに、複数の迎撃用ミサイルシステムM7を1つの迎撃用システムM8としてまとめ、効果的、効率的な射撃を実施する機能、例えば、目標の種類により迎撃用兵器の種類や迎撃方法を選択する機能、同様に多数の目標を迎撃するような場合、1機の目標に対して複数の迎撃兵器が同時に射撃を行わないように、かつ撃ちもらしが無いように素早く射撃を行う機能等を持つ必要がある。迎撃用システムM8にこれらのような能力を持たせるためには、目標を射撃する迎撃用兵器の種類や迎撃方法を選択するための目標の種類や数、味方への誤射を防ぐための目標の敵味方の別、多数の目標をどのような順番で、どこに設置した迎撃用兵器で射撃するかという兵器のスケジューリング等を、センサから得られた目標に関する情報をもとに一元的に判断する能力が必要である。このような、兵器のスケジューリング結果を出力する機能を具現化したものが、武器スケジューリング装置である。
【0004】
【従来の技術】図31は、特開昭63−87600号の公報に記載された従来の武器スケジューリング装置の構成を示すブロック図である。
【0005】レーダ装置M2により取得される目標情報信号と発射装置M6により取得される火器情報信号とを含む目標・対空火器情報信号102が射撃制御装置M4を通して脅威度算出回路101に入力し、対空火器に対応する脅威度を算出し、脅威度信号103として第一のファイル105に格納される。また、図32の対空火器の目標指定数a1〜aMと図32の目標の対空火器割当数b1〜bNとは指定数・割当数信号113となり、第三のファイル112に格納される。
【0006】次に第一のファイル105から脅威度信号103が選択回路104に入力し、目標のうちで最も脅威度の突出した対空火器との組合せ(I,J)を選択して、対空火器目標組合せ信号106Aを割当て回路107へ出力する。
【0007】割当て回路107では対空火器目標組合せ信号106Aが入力され、あらかじめ第2のファイル108に格納されている初期値が全て0の組合せマトリクスの中から、組合せ(I,J)に該当する番地を1とする組合せ信号106Bを、第2のファイル108に出力する。また、対空火器目標組合せ信号106Aを、指定数割当数変更回路109へ出力する。
【0008】指定数割当数変更回路109では、入力された対空火器目標組合せ信号106Aの組合せ(I,J)に該当する対空火器の目標指定数aIと目標の対空火器割当数bJとの数値をそれぞれ1ずつ減少させる減算信号110を、第三のファイル112に出力する。さらに、入力した対空火器目標組合せ信号106Aを、脅威度行列変更回路114へ出力する。
【0009】次に、判定回路111では第三のファイル112から、対空火器の目標指定数a1と目標の対空火器割当数b1とからなる指定数割当数信号113が入力され、それぞれの指定数および割当数の和を求め、このうち少なくとも一方が0になったとき演算を終了する。そして第二のファイル108に組合せ行列出力指令121を出し、これにより対空火器と目標との組合せ行列を示すS15が出力される。
【0010】対空火器の目標指定数および目標の対空火器割当数の和がいずれも0でないときは、脅威度行列変更回路114に対空火器目標組合せ信号106Aが入力し、まず消去回路116でその組合せ(I,J)に該当する脅威度を0とするような第一のファイル105に脅威度修正信号115を出して実行する。
【0011】次に対空火器目標組合せ信号106Aと指定数割当数信号113とが比較回路117に入力され、対空火器の目標との組合せ(I,J)に対応する対空火器の目標指定数aIが0となっているときは、消去回路119から組合せ(I,J)の行に相当する脅威度を0とするよう第一のファイル105に脅威度修正信号115を出力して修正を実行する。また、同様にして比較回路118に入力された対空火器と目標との組合せ(I,J)に対応する目標の対空火器割当数bJが0となっているときは、消去回路120から組合せ(I,J)の列に相当する脅威度を0とするよう第一のファイル105に、脅威度修正信号115を出力して修正を実行する。
【0012】この後、第一のファイル105から脅威度信号103を選択回路104に入力して、そのあと同様の動作を繰り返す。さらに、判定回路111において、対空火器の目標指定数の和または目標の対空火器割当数の和のうち、少なくとも一方が0となった時に演算が終了し、組合せ行列を示す組合せ信号S15が出力される。
【0013】上述した従来例の動作を、図32に示す脅威度行列を参照しながら説明する。
【0014】STEP1で各対空火器について、各目標からの脅威度cijのうちその最大値と二番目の値との差が最も大きい火器を選択し、Iとする。
【0015】STEP2でこの対空火器Iについて、脅威度が最大となる目標との組合せを選択し、Jとする。
【0016】STEP3でこの組合せ(I,J)に対応する対空火器の目標指定数aIを1だけ減算する。
【0017】STEP4でこの組合せ(I,J)に対応する目標の対空火器割当数bJを1だけ減算する。
【0018】STEP5でaIが0になったときには、脅威度行列のその行を、bJが0になったときには、脅威度行列のその列を0に書き替える。
【0019】STEP6で総てのaIあるいは総てのbJが0になるまでSTEP1からSTEP5までを繰り返すことにより、各火器と各目標との割り当てを決定する。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、対空火器と脅威度が最大となる目標の組合せを決定するのみで、配当の際に時間の概念が入っていなかった。そのため、ミサイル発射部の連続発射間隔による遅延時間を考慮し、初弾発射待ち時間を最短にする割り当て、撃墜数を最大にする割り当て、目標の会合距離を最小にする割り当て、目標の種類に対応した割り当て、会合時刻を最小にする割り当て、脅威度を最小にする最適な割り当てができなく、同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射間隔による遅延時間分だけ発射が遅れ、時間あたりの発射回数を最多にする割り当て及び発射時刻を決定できないという問題点があった。
【0021】本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、配当の際に時間の軸を入れることにより、複数の目標に複数のミサイル発射装置を初弾発射待ち時間を最小にする、撃墜数を最大にする、目標の会合距離を最小にする、目標の種類に対応する、会合時刻を最小にする、脅威度を最小にする最適な割り当てを実施する。更にミサイル発射部の連続発射間隔を考慮にいれて、同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し連続発射可能となる間隔分発射が遅れることがなく、時間あたりの発射回数を最多にする発射時刻を決定することができる武器スケジューリング装置を得ることを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】第1の発明による武器スケジューリング装置は、複数の目標の観測値を出力する目標検出部と、ミサイル発射部の各ミサイル発射装置の位置を標定する位置標定部と、各目標に対する発射弾数を設定する弾数設定部とミサイル発射部の各ミサイル発射装置の保有弾数をモニタし連続発射間隔を設定する状況抽出部と、上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、各ミサイル発射装置を制御するミサイル発射部と、上記特微量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の発射可能時間を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を、初弾発射待ち時間が短く、時間あたりの発射回数が最多になるよう同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたものである。
【0023】また、第2の発明による武器スケジューリング装置は、各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の撃墜確率と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の撃墜確率と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を、撃墜数を最大にしミサイル発射時刻を時間あたりの発射回数を最多になるよう同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたものである。
【0024】第3の発明による武器スケジューリング装置は、各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の予想会合距離と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の予想会合距離と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を、会合距離を最遠にしミサイル発射時刻を時間あたりの発射回数を最多になるよう同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたものである。
【0025】また、第4の発明による武器スケジューリング装置は、各目標に対する目標の種類と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対する目標の種類と上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を、目標の種類に応じてミサイル発射時刻を時間あたりの発射回数を最多になるよう同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたものである。
【0026】第5の発明による武器スケジューリング装置は、各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の予想会合時刻と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の予想会合時刻と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を、会合までの時間を最小にしミサイル発射時刻を時間あたりの発射回数を最多になるよう同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたものである。
【0027】第6の発明による武器スケジューリング装置は、各目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置の脅威度と上記目標検出部と位置標定部から得られる各目標と各ミサイル発射装置の相対位置をもとに、各ミサイル発射装置が各目標に対してミサイル発射可能となる発射可能時間を出力する特徴量検出部と、上記特徴量をもとに上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置毎の脅威度と発射可能時間の積を重みとした目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスを生成し、上記目標に対するミサイル発射部の各ミサイル発射装置への割り当て及び上記目標に対するミサイル発射時刻の決定を、我に対する脅威を最小にしミサイル発射時刻を時間あたりの発射回数を最多になるよう同時に線形計画法等の最適化手法により最適化するスケジューリング部とを備えたものである。
【0028】
【発明の実施の形態】実施の形態1図1はこの発明の実施の形態1に示す武器スケジューリング装置全体構成図であり、図において、1は目標の観測値を出力する目標検出部、2はミサイル発射部の位置情報を検出する位置標定部、3は目標とミサイル発射部、ミサイル射程との位置関係を時刻情報として把握するための特徴量を出力する特徴量検出部、4は各目標に対処するミサイル数を決定する弾数設定部、5は各ミサイル発射要素の保有弾数及び連続発射間隔をモニタする状況抽出部、6は特徴量検出部3、弾数設定部4、状況抽出部5の出力をもとに線形計画法等の最適化手法により特定の発射装置の連続発射間隔による発射時刻の遅れを最短にするように各目標に各ミサイル発射装置を割り当て発射時刻を決定し、結果をミサイル発射部7に出力するスケジューリング部、7は各ミサイル発射装置を制御するミサイル発射部で構成されている。
【0029】目標検出部1において、M2は複数の目標を観測するためのセンサであり、12はデータプロセッサであり、このセンサM2の出力信号を処理して、各目標jの位置Slp、速度Slvを出力する。また、位置標定部2において13は位置標定要素であり、各ミサイル発射装置iの位置S2pを出力する。特徴量検出部3において、14は目標検出部1の出力データSlp、Slvをレーダ座標から地表面の直交座標S3p、S3vに変換する座標変換要素であり、15は位置標定部2の位置情報S2pを地表面の直交座標の位置S4pに変換する座標変換要素である。16は最大射程データベースであり、ミサイル発射装置の最大射程S5がデータとして読みだされる。17はミサイル飛しょうデータベースであり、ミサイルの飛しょう距離及び高度に対する飛しょう時間S6がデータとして読みだされる。20は最大射程ミサイル到達時間算出要素であり、最大射程S5までにミサイルが飛しょうする時間S6をミサイル飛しょうデータベース17から取りだし最大射程ミサイル到達時間S8を出力する。18は掩護範囲データベースであり、掩護範囲の境界S7がデータとして読みだされる。21は掩護範囲ミサイル到達時間算出要素であり、掩護範囲S7までにミサイルが飛しょうする時間S6をミサイル飛しょうデータベース17から取りだし掩護範囲ミサイル到達時間S9を出力する。19は目標到達時間計算要素であり、各目標の位置S3p、速度S3v、各ミサイル発射装置iの位置S4p、及び最大射程S5から各目標jが各ミサイル発射装置iの最大射程までに到達する目標到達時間S10maxを算出する。さらに、19の目標到達時間計算要素は、各目標の位置S3p、速度S3v、及び掩護範囲S7から各目標jが掩護範囲S7までに到達する目標到達時間S10minを算出する。22は初弾発射待ち時間算出要素であり、目標到達時間S10max、および最大射程ミサイル到達時間S8から各ミサイル発射装置iが各目標jに対処するまでの初弾発射待ち時間S11を算出する。23は掩護範囲撃墜余裕時間算出要素であり、目標到達時間S10min、および掩護範囲ミサイル到達時間S9から各ミサイル発射装置iが各目標jに対処するまでの掩護範囲撃墜余裕時間S12を算出する。
【0030】弾数設定部4において24は対各目標発射弾数設定要素で、各目標jに対処するミサイル数S18を設定する。状況抽出部5において25は保有弾数モニタ要素で、各ミサイル発射装置iの保有弾数S19をモニタする。28は連続発射間隔設定要素で、各ミサイル発射装置iの連続発射間隔S14を設定する。
【0031】スケジューリング部6において、26は目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクス生成要素で、各時刻tにおける初弾発射待ち時間S11が0となる時刻から掩護範囲撃墜余裕時間S12が0となる時刻までの発射可能時間S22から図7に示すような各ミサイル発射装置iが各目標jに発射可能な時刻を表すマトリクスS13を生成する。具体例として、各ミサイル発射装置i毎に、図9に示す様なマトリクスを作成する。このマトリクスで各目標jに対し発射可能な時刻tでは重みとしてtを代入し、発射不可能な場合は、極大値(図9では1000)を代入する。このマトリクスの時刻tの刻み幅は各ミサイル発射装置iの連続発射間隔S14である。27は目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素で、弾数設定部4の出力である各目標jに対処するミサイル数S18から各時刻tで各目標jに割り当てるミサイルの条件、“数1”を設定する。
【0032】
【数1】

【0033】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は各目標jに対し最低1弾のミサイルを発射するため各目標に割り当てるミサイルの条件、“数2”を設定する。
【0034】
【数2】

【0035】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、状況抽出部5の出力である各ミサイル発射装置iの保有弾数S19からミサイル発射要素の可能割当ミサイル条件、“数3”を設定する。
【0036】
【数3】

【0037】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は各発射装置iの同時に発射可能なミサイル数の条件、“数4”を設定する。
【0038】
【数4】

【0039】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、各ミサイル発射装置iの各目標jに対する目標対ミサイル発射装置割当及び発射時刻マトリクスS13の和を目的関数、“数5”に設定する。
【0040】
【数5】

【0041】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、条件式である“数1”、“数2”、“数3”、“数4”のもとで目的関数“数5”を最小化する最適解を線形計画法等の最適化手法により求める。この結果、初弾発射待ち時間を最短にし、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して、時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定するように各時刻tにおいて各目標jを各ミサイル発射装置iに最適に割り当て及び発射時刻を決定する。次に最適な割り当て結果及び発射時刻を各ミサイル発射装置iに対し交戦する目標S15、弾数S16、発射時刻S20が出力される。
【0042】ミサイル発射部9は各ミサイル発射装置M6に指定された発射時刻に割り当てられたミサイルを発射後、保有弾数S17を状況抽出部5に出力する。
【0043】実施の形態1の具体例を示す。図15はtgt1、tgt2の2機の目標が掩護範囲に接近している状況である。50はミサイル発射装置1の有効射程、51はミサイル発射装置2の有効射程である。はじめ、tgt1、tgt2共にミサイル発射装置1の有効射程50内に入り、次にミサイル発射装置2の有効射程51内に入る。
【0044】図16は図15の状況における各ミサイル発射装置1、2の有効射程で撃墜するための発射可能な時刻を表したものである。即ち、ミサイル発射装置1では時刻1、2共に発射可能であるが、ミサイル発射装置2では時刻1では発射不可能で、時刻2では発射可能である。tgt1に対してミサイルを2発、tgt2に対してミサイル1発を発射する場合、連続発射間隔S14を考慮しない割り当ての場合、tgt1、tgt2に近いミサイル発射装置1が割り当てられる。この結果、図17に示す様に連続発射間隔S14の為に、実際に発射が終了するのは時刻3になる。これに対し連続発射間隔S14を考慮して割り当てを行う場合、図18に示す様に1つのミサイル発射装置に割り当てが集中しないように、目標に対して遠いミサイル発射装置2に対しても割り当てを行う。この結果図18に示す様に発射が終了するのは時刻2になる。この考えを実現することにより、初弾発射待ち時間が短く、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定することが可能となる。
【0045】次に具体的にマトリクス及び条件に展開する。図16を図7の目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスにしたものが図19である。発射可能な時刻では各マトリクスの重みを時刻とし、発射不可能な場合は極大値(図17では1000)を重みとする。図20は図19のマトリクスの要素を示す。各要素は時刻tにミサイル発射装置iで目標jに対し割り当てられる場合1、それ以外は0をとる。条件を、tgt1に対してミサイルを最大2発、最低1発、tgt2に対してミサイルを最大1発、最低1発、各ミサイル発射装置の保有弾数を3発、各ミサイル発射装置の同時に発射可能なミサイルを1発とする。
【0046】上記条件をここでは最適化手法の一つである線形計画法により解く。一般的に線形計画法は“数6”の制約条件のもとで、“数7”の目的関数を最大化あるいは、最小化するために、図21に示すシンプレックスタブローを図22に示す流れに従うピボット操作を繰り返す事により最適解を得る。
【0047】
【数6】

【0048】
【数7】

【0049】図19を目的関数の形式にすると“数8”のようになる。
【0050】
【数8】

【0051】また、tgt1に対してミサイルを最大2発という制約条件を、“数1”の形とすると“数9”のようになる。
【0052】
【数9】

【0053】さらに、tgt2に対してミサイルを最大1発という制約条件を、“数1”の形とすると“数10”のようになる。
【0054】
【数10】

【0055】ミサイル発射装置1の保有弾数を3発という制約条件を、“数3”の形とすると“数11”のようになる。
【0056】
【数11】

【0057】“数11”の不等式を等式に変換するため、非負のスラック変数Xaを導入して等式にすると“数12”のようになる。
【0058】
【数12】

【0059】同様に、ミサイル発射装置2の保有弾数を3発という制約条件を、“数3”の形とすると“数13”のようになる。
【0060】
【数13】

【0061】“数13”の不等式を等式に変換するため、非負のスラック変数Xbを導入して等式にすると“数14”のようになる。
【0062】
【数14】

【0063】各ミサイル発射装置の同時に発射可能なミサイルを1発なので、“数4”の形とすると、ミサイル発射装置1の時刻t=1において“数15”のようになる。
【0064】
【数15】

【0065】“数15”の不等式を等式に変換するため、非負のスラック変数Xcを導入して等式にすると“数16”のようになる。
【0066】
【数16】

【0067】同様に、ミサイル発射装置1の時刻t=2において、“数4”の形とすると、“数17”のようになる。
【0068】
【数17】

【0069】“数17”の不等式を等式に変換するため、非負のスラック変数Xdを導入して等式にすると“数18”のようになる。
【0070】
【数18】

【0071】同様に、ミサイル発射装置2の時刻t=1において、“数4”の形とすると、“数19”のようになる。
【0072】
【数19】

【0073】“数19”の不等式を等式に変換するため、非負のスラック変数Xeを導入して等式にすると“数20”のようになる。
【0074】
【数20】

【0075】同様に、ミサイル発射装置2の時刻t=2において、“数4”の形とすると、“数21”のようになる。
【0076】
【数21】

【0077】“数21”の不等式を等式に変換するため、非負のスラック変数Xfを導入して等式にすると“数22”のようになる。
【0078】
【数22】

【0079】以上をシンプレックスタブローとしたのが、図23である。これを図22のフローに従って最適解を求めていく。まず、dj(−Wの行)の中で負でかつ最小となるdjを探すとX111、X112、X122、X211、X212、X221、X222のdj項が−3となり、候補となる。ここではX211を選択し、次にX211の列で0以上のaijでbi(定数の列)を除した値で最小となるa75をピポット項としてピポット操作を行う。シンプレックスタブローの7行目に基底変数の項にX211と書き、この行に倍数をかけ、ピポット項の他の列の値が0となるように加減する。
【0080】この結果、図24のシンプレックスタブローを得る。同様にX212のa67、図25でX111のa11、図26でX122のa42をピポット項として繰り返しピポット操作を行い図27を得る。図27において、Xd、Xc、Xb、Xaの順に基底変数として選択し図28を得る。
【0081】図28でdjが全て0となり−Wの行を削除し、第2段階に入る。cj(−Zの行)の中で負でかつ最小となるcjを探すとXeのcj項が−999となるのでXeを基底とする。次にXeの列で0以上のaijでbiを除した値で最小となるa513をピポット項としてピポット操作を行い図29を得る。同様にX112のa62をピポット項としてピポット操作を行い図30を得る。図30ではcjが全て正となり、図22のフローの最適解条件を満足する。
【0082】この結果、図30でスラック変数以外の基底変数の定数の項が、割り当てられたミサイル数になる。これより、X111、X122及びX212に一発ずつミサイルが割り当てられ、図20と変数の対応をとると、ミサイル発射装置1で時刻1でtgt1に対し一発、時刻2でtgt2に対し一発、ミサイル発射装置2で時刻2でtgt1に対して一発ミサイルが割り当てられたことになる。従って、図18で示した様な連続発射間隔S14を考慮して割り当てを行い、1つのミサイル発射装置に割り当てが集中しないように、発射時刻を決定することが可能となる。
【0083】実施の形態2図2は、この発明の実施の形態2による武器スケジューリング装置を示すブロック図である。同図において31は撃墜確率データベースであり、各目標に対する撃墜確率S31がデータとして読みだされる。32は撃墜確率算出要素であり、各目標jの位置S3p、速度S3v、レーダ反射面積Slrcs、各ミサイル発射装置iの位置S4p、および撃墜確率データS31から各ミサイル発射装置iの各目標jに対する撃墜確率S32を算出する。
【0084】スケジューリング部6において、33は撃墜確率による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクス生成要素で、図7に示すような各時刻tにおける各ミサイル発射装置iの各目標jに対する撃墜確率S32と発射可能時間S22の積のS33のマトリクスを生成する。このマトリクスの具体例を図10に示す。kp11は目標番号1に対する時刻1における撃墜確率、kp12は目標番号1に対する時刻2における撃墜確率、kp22は目標番号2に対する時刻2における撃墜確率である。目標番号2に対する時刻1においては、発射可能時間外のため極大値1000が入っている。
【0085】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、各ミサイル発射装置iの各目標jに対する撃墜確率による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスS33の和を目的関数、“数23”に設定する。
【0086】
【数23】

【0087】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、条件式である“数1”、“数2”、“数3”、“数4”のもとで目的関数“数23”を最小化する最適解を線形計画法等の最適化手法により求める。実施例1に対して撃墜確率による重み付けを行うことにより、撃墜数を最大にし、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定するように各時刻tで各目標jを各ミサイル発射装置iに最適に割り当てる。
【0088】実施の形態3図3は、この発明の実施の形態3による武器スケジューリング装置を示すブロック図である。同図において34は予想会合距離算出要素であり、ミサイル飛しょう時間S6、各目標jの位置S3p、速度S3v、各ミサイル発射装置iの位置S4pから各ミサイル発射装置iが各目標jを撃墜する発射装置iから各目標jまでの予想会合距離S34を算出する。
【0089】スケジューリング部6において、35は予想会合距離による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクス生成要素で、図7に示すような各時刻tにおける各ミサイル発射装置iの各目標jに対する予想会合距離S34と発射可能時間S22の積S35のマトリクスを生成する。このマトリクスの具体例を図11に示す。R11は目標番号1に対する時刻1における予想会合距離、R12は目標番号1に対する時刻2における予想会合距離、R22は目標番号2に対する時刻2における予想会合距離である。目標番号2に対する時刻1においては、発射可能時間外のため極大値1000が入っている。
【0090】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、各時刻tにおける各ミサイル発射装置iの各目標jに対する予想会合距離による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスS33の和を目的関数、“数24”に設定する。
【0091】
【数24】

【0092】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、条件式である“数1”、“数2”、“数3”、“数4”のもとで目的関数“数24”を最小化する最適解を線形計画法等の最適化手法により求める。実施例1に対して予想会合距離による重み付けを行うことにより、撃墜距離を最遠にし、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定するように各時刻tにおいて各目標jを各ミサイル発射装置iに最適に割り当てる。
【0093】実施の形態4図4は、この発明の実施の形態4による武器スケジューリング装置を示すブロック図である。同図において36は種類データベースであり、目標の位置、速度、レーダ反射面積に対する戦闘機、ミサイル等の目標の種類との対応を示す類別データS36が読みだされる。37は類別算出要素であり、各目標jの位置S3p、速度S3v、レーダ反射面積Slrcsより各目標jの種類S37を出力する。
【0094】スケジューリング部6において、39は目標の種類による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクス生成要素で、図7に示すような各時刻tで各ミサイル発射装置iの各目標jに対する各目標の種類S37と発射可能時間S22の積S39のマトリクスを生成する。このマトリクスの具体例を図12に示す。C1は目標番号1の目標の種類、C2は目標番号の目標の種類である。目標番号2に対する時刻1においては、発射可能時間外のため極大値1000が入っている。
【0095】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、各時刻tにおける各ミサイル発射装置iの各目標jに対する目標の種類による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスS39の和を目的関数、“数25”に設定する。
【0096】
【数25】

【0097】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、条件式である“数1”、“数2”、“数3”、“数4”のもとで目的関数“数25”を最小化する最適解を線形計画法等の最適化手法により求める。実施例1に対して目標の種類による重み付けを行うことにより、目標の種類に対応し、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定するように各時刻tで各目標jを各ミサイル発射装置iに最適に割り当てる。
【0098】実施の形態5図5は、この発明の実施の形態5による武器スケジューリング装置を示すブロック図である。同図において40は予想会合時刻算出要素であり、ミサイル飛しょう時間S6、各目標jの位置S3p、速度S3v、各ミサイル発射装置iの位置S4pから各ミサイル発射装置iが各目標jを撃墜するまでの時間S40を算出する。
【0099】スケジューリング部6において、41は予想会合時刻による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクス生成要素で、図7に示すような各時刻tにおける各ミサイル発射装置iの各目標jに対する予想会合時刻S40と発射可能時間S22の積S41のマトリクスを生成する。このマトリクスの具体例を図13に示す。PT11は目標番号1に対する時刻1における予想会合時間、PT12は目標番号1に対する時刻2における予想会合時間、PT22は目標番号2に対する時刻2における予想会合時間である。目標番号2に対する時刻1においては、発射可能時間外のため極大値1000が入っている。
【0100】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、各時刻tにおける各ミサイル発射装置iの各目標jに対する予想会合時刻による目標対ミサイル発射装置割当・ミサイル発射時刻マトリクスS41の和を目的関数、“数26”に設定する。
【0101】
【数26】

【0102】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、条件式である“数1”、“数2”、“数3”、“数4”のもとで目的関数“数26”を最小化する最適解を線形計画法等の最適化手法により求める。実施例1に対して予想会合時間による重み付けを行うことにより、会合までの時間を最小にし、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定するように各時刻tにおいて各目標jを各ミサイル発射装置iに最適に割り当てる。
【0103】実施の形態6図6は、この発明の実施の形態6による武器スケジューリング装置を示すブロック図である。同図において42は脅威度算出要素であり、各目標の位置S1p、速度S1v、各ミサイル発射装置iの位置S3p、及び各目標の類別結果S42に基づき、各目標jの要撃点が掩護対象の境界と一致するような発射指令を行うための最短な予測待ち時間と各目標jの高度を評価し分類することで、各ミサイル発射装置iに対する各目標jの脅威度S43を算出する。
【0104】スケジューリング部6において、43は脅威度による目標対ミサイル発射装置割当及びミサイル発射時刻マトリクス生成要素で、図7に示すような各時刻tの各ミサイル発射装置iの各目標jに対する脅威度S43と発射可能時間S22の積S44のマトリクスを生成する。このマトリクスの具体例を図14に示す。TH11は目標番号1に対する時刻1における脅威度、TH12は目標番号1に対する時刻2における脅威度、TH22は目標番号2に対する時刻2における脅威度である。目標番号2に対する時刻1においては、発射可能時間外のため極大値1000が入っている。
【0105】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、各時刻tの各ミサイル発射装置iの各目標jに対する脅威度による目標対ミサイル発射装置割当及びミサイル発射時刻マトリクスS43の和を目的関数、“数27”に設定する。
【0106】
【数27】

【0107】さらに、目標対ミサイル発射装置割当発射時刻最適化生成要素27は、条件式である“数1”、“数2”、“数3”、“数4”のもとで目的関数“数27”を最小化する最適解を線形計画法等の最適化手法により求める。実施例1に対して脅威度による重み付けを行うことにより、我に対する脅威度を最小にし、かつ特定の発射装置に割り当てが集中しなくなるように連続発射間隔S14を考慮して時間あたりの発射回数を最多とする発射時刻を決定するように各時刻tにおいて各目標jを各ミサイル発射装置iに最適に割り当てる。
【0108】
【発明の効果】第1の発明によれば、線形計画法等の最適化手法による最適化を実施することにより、各目標に対処するミサイル数、各ミサイル発射要素の保有弾数、各ミサイル発射装置が各目標に対処するまでの初弾発射待ち時間、掩護範囲撃破余裕時間、各目標に対して各ミサイル発射装置が発射可能となる発射可能時間から、初弾発射待ち時間及び交戦開始から全目標にミサイルを発射し終える時間を最短にする評価関数を設定し、各目標と各ミサイル発射装置の組合せと時間を含めたスケジューリングを同時に最適化する。これにより初弾発射待ち時間が短く、時間あたりの発射回数を最多とするミサイル発射装置の割り当て及び発射時刻を得ることができる。さらに同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射可能となる間隔分発射が遅れるということがなくなる。
【0109】第2の発明によれば、線形計画法等の最適化手法による最適化を実施することにより、各目標に対処するミサイル数、各ミサイル発射要素の保有弾数、各ミサイル発射装置が各目標に対処する撃墜確率、掩護範囲撃破余裕時間、各目標に対して各ミサイル発射装置が発射可能となる発射可能時間から、撃墜確率を最大にし、かつ交戦開始から全目標にミサイルを発射し終える時間を最短にする評価関数を設定し、各目標と各ミサイル発射装置の組合せと時間を含めたスケジューリングを同時に最適化する。これにより撃墜確率を最大にし、時間あたりの発射回数を最多とするミサイル発射装置の割り当て及び発射時刻を得ることができる。さらに同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射可能となる間隔分発射が遅れるということがなくなる。
【0110】第3の発明によれば、線形計画法等の最適化手法による最適化を実施することにより、各目標に対処するミサイル数、各ミサイル発射要素の保有弾数、各ミサイル発射装置が各目標に対処するまでの予想会合距離、掩護範囲撃破余裕時間、各目標に対して各ミサイル発射装置が発射可能となる発射可能時間から全目標に対する会合距離を最遠にし、かつ交戦開始から全目標にミサイルを発射し終える時間を最短にする評価関数を設定し、各目標と各ミサイル発射装置の組合せと時間を含めたスケジューリングを同時に最適化する。これにより全目標に対する会合距離を最遠にし、時間あたりの発射回数を最多とするミサイル発射装置の割り当て及び発射時刻を得ることができる。さらに同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射可能となる間隔分発射が遅れるということがなくなる。
【0111】第4の発明によれば、線形計画法等の最適化手法による最適化を実施することにより、各目標に対処するミサイル数、各ミサイル発射要素の保有弾数、各目標の種類から、掩護範囲撃破余裕時間、各目標に対して各ミサイル発射装置が発射可能となる発射可能時間から、目標の種類に対応し、かつ交戦開始から全目標にミサイルを発射し終える時間を最短にする評価関数を設定し、各目標と各ミサイル発射装置の組合せと時間を含めたスケジューリングを同時に最適化する。これにより目標の種類に対応し、時間あたりの発射回数を最多とするミサイル発射装置の割り当て及び発射時刻を得ることができる。さらに同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射可能となる間隔分発射が遅れるということがなくなる。
【0112】第5の発明によれば、線形計画法等の最適化手法による最適化を実施することにより、各目標に対処するミサイル数、各ミサイル発射要素の保有弾数、各ミサイル発射装置が各目標に対処するまでの予想会合時刻、掩護範囲撃破余裕時間、各目標に対して各ミサイル発射装置が発射可能となる発射可能時間から全目標に対する予想会合時刻を最小にし、かつ交戦開始から全目標にミサイルを発射し終える時間を最短にする評価関数を設定し、各目標と各ミサイル発射装置の組合せと時間を含めたスケジューリングを同時に最適化する。これにより予想会合時刻を最小にし、時間あたりの発射回数を最多とするミサイル発射装置の割り当て及び発射時刻を得ることができる。さらに同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射可能となる間隔分発射が遅れるということがなくなる。
【0113】第6の発明によれば、線形計画法等の最適化手法による最適化を実施することにより、各目標に対処するミサイル数、各ミサイル発射要素の保有弾数、各ミサイル発射装置が各目標に対処する脅威度、掩護範囲撃破余裕時間、各目標に対して各ミサイル発射装置が発射可能となる発射可能時間から全目標に対する脅威度を最小にし、かつ交戦開始から全目標にミサイルを発射し終える時間を最短にする評価関数を設定し、各目標と各ミサイル発射装置の組合せと時間を含めたスケジューリングを同時に最適化する。これにより脅威度を最小にし、時間あたりの発射回数を最多とするミサイル発射装置の割り当て及び発射時刻を得ることができる。さらに同時にある特定のミサイル発射部に割り当てが集中し、連続発射可能となる間隔分発射が遅れるということがなくなる。
【出願人】 【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成9年(1997)12月24日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 (外2名)
【公開番号】 特開平11−183091
【公開日】 平成11年(1999)7月6日
【出願番号】 特願平9−354664