Academic Journal
Method of dynamic targeting of a heterogeneous swarm of striking unmanned aerial vehicles based on iterative procedures of «assignment problem»
| Τίτλος: | Method of dynamic targeting of a heterogeneous swarm of striking unmanned aerial vehicles based on iterative procedures of «assignment problem» |
|---|---|
| Πηγή: | Modern Information Technologies in the Sphere of Security and Defence; Vol. 53 No. 2 (2025); 138-149 Современные информационные технологии в сфере безопасности и обороны; Том 53 № 2 (2025); 138-149 Сучасні інформаційні технології у сфері безпеки та оборони; Том 53 № 2 (2025); 138-149 |
| Στοιχεία εκδότη: | National Defence University of Ukraine, 2025. |
| Έτος έκδοσης: | 2025 |
| Θεματικοί όροι: | strike uncrewed aerial vehicles, метод динамічного цілерозподілу, dynamic targeting method, swarm, ударні безпілотні літальні апарати, swarm behaviour algorithms, ітераційні процедури, assignment problem, iterative procedures, задача про призначення, алгоритми ройової поведінки, рій |
| Περιγραφή: | У статті викладено метод динамічного цілерозподілу неоднорідного рою ударних безпілотних літальних апаратів на основі ітераційних процедур «задачі про призначення» по різнорідних об’єктах групової цілі противника. Метод враховує різні варіанти сценаріїв несиметричного конфлікту «неоднорідний рій безпілотних літальних апаратів – різнорідні об’єкти групової цілі противника», а також обмеження, пов’язані з втратами ресурсів рою, пріоритетністю цілей противника і швидкою зміною бойової обстановки. Визначено низку обмежень і припущень, на основі евристичного підходу сформовано варіанти розподілу безпілотних літальних апаратів неоднорідного рою на різнорідні об’єкти групової цілі противника, а також обґрунтовано їхні пріоритети, що враховано під час формалізації розв’язуваної задачі цілерозподілу. Показано, що логіка «задачі про призначення» на усіх етапах методу залишається збереженою, а відомі обмеження не порушуються. Новизна методу зводиться до використання ітераційних процедур типової оптимізаційної «задачі про призначення» для раціонального використання ресурсу ударних безпілотних літальних апаратів із комплексним урахуванням: різних сценаріїв несиметричного конфлікту «неоднорідний рій безпілотних літальних апаратів – різнорідні об’єкти групової цілі противника»; коефіцієнта втрат безпілотних літальних апаратів внаслідок вогневої або радіоелектронної протидії противника; залишку потенціалу (ресурсу) рою ударних безпілотних літальних апаратів після кожної ітерації цілерозподілу; залишку неуражених об’єктів групової цілі після ітерацій первинного, вторинного і третинного цілерозподілу. Наведено порядок визначення додаткових показників за допомогою методу, зокрема: використаного ресурсу рою ударних безпілотних літальних апаратів, його залишку (сумарної невикористаної маси бойової частини) після кожної ітерації цілерозподілу, а також кількості неуражених різнорідних «об’єктів противника». Логіка та працездатність методу підтверджена розрахунками. Метою статті є розроблення методу динамічного цілерозподілу неоднорідного рою ударних безпілотних літальних апаратів на основі ітераційних процедур «задачі про призначення» по різнорідних об’єктах групової цілі противника. Методи дослідження. Під час написання статті застосовано: загальнонаукові методи (аналізу, порівняння), положення системного підходу, методи комбінаторного аналізу, методи оптимізації, зокрема, однієї із задач лінійного цілочисельного програмування. Отримані результати дослідження. Авторами розроблений метод, який дає змогу розв’язати задачу цілерозподілу неоднорідних роїв ударних безпілотних літальних апаратів по різнорідних об’єктах групової цілі противника завдяки: використанню ітераційних процедур «задачі про призначення» з послідовним використанням запропонованих варіантів призначення неоднорідного рою ударних безпілотних літальних апаратів на різнорідні об’єкти відповідно до пріоритетів зазначених варіантів; здійсненню розподілу ударних безпілотних літальних апаратів по об’єктах за умов несиметричного конфлікту «неоднорідний рій безпілотних літальних апаратів – різнорідні об’єкти противника»). Проведена формалізація задачі та запропоновано узагальнену схему методу. Серією розрахунків показано працездатність запропонованого методу динамічного цілерозподілу неоднорідного рою ударних безпілотних літальних апаратів на основі ітераційних процедур «задачі про призначення». Елементом наукової новизни є те, що розроблений метод цілерозподілу неоднорідного рою ударних безпілотних літальних апаратів по різноріднитх об’єктах групової цілі противника зводиться до використання ітераційних процедур типової оптимізаційної «задачі про призначення» для раціонального використання ресурсу ударних безпілотних літальних апаратів з комплексним урахуванням: різних сценаріїв несиметричного конфлікту «неоднорідний рій безпілотних літальних апаратів – різнорідні об’єкти групової цілі противника»; коефіцієнта втрат безпілотних літальних апаратів внаслідок вогневої або радіоелектронної протидії противника; залишку потенціалу (ресурсу) рою ударних безпілотних літальних апаратів після кожної ітерації цілерозподілу; залишку неуражених об’єктів групової цілі після ітерацій первинного, вторинного і третинного цілерозподілу. Теоретична й практична значущість викладеного у статті. Запропоновано метод розв’язання задачі цілерозподілу неоднорідних ресурсів на основі класичної «задачі про призначення» з послідовним використанням варіантів розподілу ресурсів відповідно до їхніх пріоритетів (за умов, коли кількість ресурсів (ударних безпілотних літальних апаратів) не відповідає кількості об’єктів ураження). Запропонований метод може бути враховано під час розроблення моделей та алгоритмів ройової поведінки неоднорідних груп безпілотних літальних апаратів у процесі спільного виконання завдань із виявлення та ураження різнорідних об’єктів. Formulation of the problem in general. The article presents a method of dynamic targeting of a heterogeneous swarm of attack unmanned aerial vehicles, based on iterative procedures of the «assignment problem» over heterogeneous objects of the enemy's group target. The method considers various variants of asymmetric conflict scenarios «heterogeneous swarm of unmanned aerial vehicles – heterogeneous objects of the enemy's group target», as well as limitations associated with the loss of swarm resources, the priority of enemy targets and rapid changes in the combat situation. Several limitations and assumptions are identified, and based on a heuristic approach, options for the distribution of uncrewed aerial vehicles of a heterogeneous swarm to heterogeneous objects of the enemy's group target are formed, as well as their priorities are substantiated, which is taken into account when formalising the targeting problem. It is shown that the logic of the «assignment problem» remains preserved at all stages of the method, and the known constraints are not violated. The purpose of the article is to develop a method for dynamic target distribution of a heterogeneous swarm of strike unmanned aerial vehicles based on iterative procedures of the ‘assignment problem’ for heterogeneous objects of the enemy's group target. Research methods. In writing the article, the following methods were used: general scientific methods (analysis, comparison), provisions of the systematic approach, methods of combinatorial analysis, optimisation methods, in particular, one of the problems of linear integer programming. Literature review. The analysis of scientific sources on the chosen topic shows that the methods used cannot be used to solve the problem of targeting a heterogeneous swarm of attack unmanned aerial vehicles at heterogeneous objects of the enemy's group target without additional adaptation. Alternatively, the problem can be solved by using iterative procedures and a standard calculation procedure provided by the well-known «assignment problem», the features of which are discussed in the article. Research results. The authors have developed a method that allows solving the problem of targeting heterogeneous swarms of attack uncrewed aerial vehicles at heterogeneous objects of the enemy's group target due to the use of iterative procedures of the «assignment problem» with the consistent use of the proposed options for assigning a heterogeneous swarm of attack uncrewed aerial vehicles to heterogeneous objects by the priorities of these options; the distribution of attack uncrewed aerial vehicles to objects in an asymmetric conflict «heterogeneous swarm of unmanned aerial vehicles - heterogeneous enemy objects»). The problem is formalised, and a generalised scheme of the method is proposed. A series of calculations demonstrates the effectiveness of the proposed dynamic targeting method of a heterogeneous swarm of attack uncrewed aerial vehicles based on iterative procedures of the «assignment problem». Research novelty. The novelty of the method lies in the use of iterative procedures of a typical optimisation «assignment problem» for the rational use of the resource of strike uncrewed aerial vehicles with a comprehensive consideration of various scenarios of asymmetric conflict «heterogeneous swarm of unmanned aerial vehicles – heterogeneous objects of the enemy's group target»; the coefficient of unmanned aerial vehicles losses due to enemy fire or electronic countermeasures; the remaining potential (resource) of the swarm of strike unmanned aerial vehicles after each iteration of targeting; the remaining unaffected objects of the group target after iterations of primary, secondary and tertiary targeting. Theoretical and practical significance. A method for solving the problem of heterogeneous resource allocation based on the classical «assignment problem» with the sequential use of resource allocation options according to their priorities (under conditions when the number of resources (attack unmanned aerial vehicles) does not correspond to the number of targets) is proposed. The proposed method can be considered when developing models and algorithms for the swarm behaviour of heterogeneous groups of uncrewed aerial vehicles during the joint performance of tasks to detect and destroy heterogeneous objects. Conclusions and future work. The method can be improved by considering additional constraints on the target (distance, probability of hit, enemy resistance, unmanned aerial vehicles swarm life, etc.). The method can also be improved by considering the possibility of using other types of unmanned aerial vehicles (e.g., unmanned aerial vehicles with munitions). |
| Τύπος εγγράφου: | Article |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | Ukrainian |
| ISSN: | 2311-7249 2410-7336 |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | https://sit.nuou.org.ua/article/view/330875 |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.scientific.p..7d120585412b2b800bcdce1f4c1ef9a8 |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| ISSN: | 23117249 24107336 |
|---|