基于滚动时域的无人机空战决策专家系统

针对专家系统法在空战应用中存在适应性差的缺陷,提出了一种基于滚动时域控制(RHC)的机动决策算法对空战机动决策专家系统进行改进.首先,系统地分析了在专家系统空战机动决策中的最优控制问题,完成了机动决策最优控制模型系统状态方程的建立、控制约束的设计以及指标函数的建立.在此基础上,根据滚动时域法原理,将整个空战过程分解为若干有限时域,并在每个时域内将空战机动决策问题视为初始条件不断更新的专家系统机动决策最优控制模型的求解,反复进行直到空战结束.仿真结果表明,在专家系统法失效的情况下,通过求解专家系统空战机动决策滚动时域最优控制模型,无人机能够快速地进行有效的机动决策.      

近距空战训练中的智能虚拟对手决策与导引方法

针对近距空战训练中智能虚拟对手攻防博弈的自主决策与占位导引问题，提出了基于动态贝叶斯网络(DBN)和约束梯度法的智能虚拟对手决策和导引一体化方法。结合空间占位态势、火控攻击区和机动动作识别结果等信息，建立近距空战决策动态贝叶斯网络模型，实现根据战场动态环境变化的占位导引指标决策。针对在线识别的各类目标机动动作，建立轨迹预测模型，实现目标轨迹的实时预测。根据占位导引指标和目标预测轨迹，考虑飞行性能约束，采用约束梯度法计算智能虚拟对手的优化占位导引量。实现了近距空战智能虚拟对手空间占位决策与导引量计算的无缝结合。近距空战仿真实验结果表明:所提方法能够实现智能虚拟对手的合理化自主决策和占位导引，克服了传统方法实现机动动作方式固化的问题，具备较好的实时性和优化性。      

一种定量空战决策方法

提出了一种定量空战决策方法,以空空导弹的攻击区与发射条件为基础,通过定义空战态势指标函数,定量描述空战态势.根据空战态势指标函数值和中远程空战以及近距空战的特点决定采取的机动策略,将空战机动策略与当前空战状态变量之间的关系建立起来,使得从空战决策的前因定量计算空战策略的后果成为可能.空战整个过程的分析、评估、决策、机动等环节都是定量进行.建立了战机、目标机、导弹和决策模块的数学模型,给定不同的初始条件,对空战过程进行了仿真,分别验证了中远程空战决策和近距空战决策的有效性.     

三维重建的飞机机动动作库设计与可视化

机动动作库是飞机空战仿真的重要基础,可靠的、具有针对性的机动动作库能够提高空战仿真的真实性和应用价值。为了建立具有针对性的机动动作库,提出了一种通过三维逆向建模进行气动特性计算再建立飞机机动动作库的技术途径,对气动参数未知飞机的空战仿真问题提供了技术支撑。首先,对飞机的几何外形进行了三维重建,计算分析了其纵向气动特性;然后,将气动数据加入飞行仿真的限制环节,设计了针对该型飞机典型战术动作的机动动作库;最后,基于MATLAB函数进行了机动动作的可视化研究。研究结果表明:机动动作库体现了对于飞机类型的针对性和可靠性,可视化实现了飞行轨迹和飞机姿态的三维显示及参数游标,为空战决策、空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定了基础。      

多机空战决策信息融合的研究

以整体系统的观点研究多机协同空战中的决策信息融合问题,避免了将多机空战认为是单机空战的简单数量上的相加所带来的不足.应用协商对策理论,结合空战的实际情况,建立了合理的数学模型,并通过仿真验证了该思路下研究多机协同空战的有效性.      

面向服务的空战仿真协调逻辑集成

系统的敏捷性是仿真建模的重要目标,它反映了系统适应需求变化的能力.然而当前普遍采用集中式的单层架构建模空战仿真系统中各组件模型之间大量的协调逻辑,这导致系统结构呈现刚性化特征,难于灵活适应不断变化的仿真需求.提出并实现了一种面向服务的空战仿真协调逻辑集成方案.系统中的协调逻辑被有机抽取并封装为一系列协调代理,将协调过程中被动的组件模型扩展为自协调的服务,服务是一种高度可重用的资源并且被机器可处理的描述契约文档完全定义;根据特定的仿真需求在运行时动态组合相关服务即可完成空战仿真系统中协调逻辑的绑定,从而提升了系统的敏捷性.     

影响图对策在多机协同空战中的应用

为了解决不确定环境下空战机动决策问题,将影响图和对策论引入到多机协同空战中,提出了协同影响图对策模型.首先确定群机空战转化为多个小编队作战的原则,然后在协同的思想下把多对多空战模型转化为多个一对一空战模型,最后在不确定环境下,运用影响图对策理论解决一对一空战.针对影响图对策模型计算量大的问题,采用移动平均控制法进行求解.空战仿真结果表明该模型的有效性.      

基于数据链的空战对抗建模及增援决策分析

研究了空战双方力量的变化问题.将飞机的空战能力指数转化为平均战斗力水平,进而以蓝彻斯特方程为基础,考虑数据链对空战的影响和作战中有增援力量的加入,建立了对抗双方战机数量变化的微分方程模型,给出了其数值计算方法,指出了离散计算的时间步长所应满足的条件,并根据增援模式的不同,将模型细化为不同形式.仿真实验表明,存在有效增援时间范围,一次性增援和匀减速增援具有时间优势,并且通过构造评价函数有效衡量了这两者具有较高的增援效率,为空中作战应用和决策提供了参考依据.      

基于多目标优化与强化学习的空战机动决策

为了解决无人机自主空战中的机动决策问题,提出了一种将优化思想与机器学习相结合的机动决策模型。采用多目标优化方法作为决策模型核心,既解决了传统优化方法需要为多个优化目标设置权重的困难,又提高了决策模型的可拓展性;同时在多目标优化的基础上通过强化学习方法训练评价网络进行辅助决策,解决了决策模型在对抗时博弈性不足的缺点。为了测试决策模型的性能,以近距空战为背景,设计了3组仿真实验分别验证多目标优化方法的可行性、辅助决策网络的有效性以及决策模型的总体性能,仿真结果表明,决策模型可以对有机动的敌机进行有效的实时机动对抗。      

基于隐马尔可夫模型的空战决策点理论研究

从几何空战理论经过能量空战理论,直到角度空战理论,空战理论的发展更多的是从战斗机性能的角度来分析空战过程,忽略了作战飞行员在决策过程中起到的作用。本文分析空战飞机的客观数据的变化特征,提出了一种基于隐马尔可夫的近距空战流程分析方法,使用维特比算法判断飞行员在空战过程中的状态序列,从而获得了理论上的空战决策点。在理论分析上,提出了一种空战决策点理论用以评判飞行员飞行品质。通过实验仿真验证了使用隐马尔可夫模型讨论近距空战的可行性,并且发现飞行员空战决策点包络处于包围趋势时,飞行员获胜的可能性越大。     

基于CE-PF算法的舰载机离场调度优化问题

甲板作业调度研究是提升航母战斗力的关键技术,而其具有时间、空间与资源受限的复杂约束调度问题已被证实为NP-hard。根据舰载机出动离场调度优化问题的特点,将其抽象为零缓存区混合流水车间调度模型,建立包含飞机避碰等约束的混合整数规划模型。提出一种交叉熵与作业剖面匹配(CE-PF)算法用于问题求解,并给出了算法流程架构。交叉熵算法通过高斯采样完成启发式规则下的工件分组,作业剖面匹配算法完成分组工件的任务排序、作业编排及约束检查等调度设计,Gap逼近算法进行目标值评估、精英种群选择、抽样参数更新及收敛判定。通过算例仿真,验证了CE-PF算法求解离场调度优化问题的有效性;灵敏度分析表明起飞模式和空间约束对出动效能影响较大。      

资源约束条件下舰艇编队多智能体协作规划

从分析舰艇编队对海作战的流程出发,在决策过程中引入多智能体系统(MAS,Multi-Agent System)理论,建立了编队协同反舰作战Agent模型.针对舰艇编队Agent协作规划过程中受资源约束产生资源占用冲突的问题,建立一种主从式结构多Agent协作规划模型,并提出一种集中与分布规划相结合的MAS协作规划方法.仿真实例表明:该方法可有效实现作战编队各Agent之间的协作与协调,保证舰艇编队在满足资源约束条件下实现预期战术目标.      

我国先进战机出厂费用的预估方法

由于年代上的差别、技术水平的提高和国内外研发体制的不同,国外已有的成熟估算模型不能直接用于国内先进战斗机(三代以上的战斗机)的出厂费用估算.针对这种问题,研究了国内外军工体制的差异、先进战斗机的新技术特征和研制过程的新特点对费用产生的影响,将研制体制、引进仿制、航电技术升级、改进改型和研制周期拖延5种因素考虑到费用计算当中.根据战斗机出厂费用数据统计,以Burns估算模型为基础,引入了相关的"费用因子",采用比例缩放、最小误差等方法,建立了一种国内先进战斗机出厂费用估算的新模型.以国外先进战斗机和国内三型战斗机作为算例,验证了新模型的有效性和实用性.     

反导预警相控阵雷达网目标分配方法

针对相控阵雷达网跟踪弹道导弹目标时的资源管理问题，分析阐述反导预警作战场景，提出综合目标跟踪精度和雷达切换频率的目标分配效益函数，从雷达能量、时间及雷达与目标可见性三方面建立约束条件，以准确反映目标分配过程中的实际限制，在此基础上构建反导预警相控阵雷达网目标分配模型。根据反导预警任务特点，设置目标分配的自适应间隔，以提高模型设计合理性。就稀疏弹道导弹目标跟踪、密集弹道导弹目标跟踪2种场景进行仿真实验，结果表明:运用所提方法能够有效实现目标分配，提升相控阵雷达网资源利用效率，并能够减少雷达切换次数。      

基于回归型支持向量机的空战目标威胁评估

空战目标威胁评估是协同多目标攻击中的关键问题.针对传统空战目标威胁评估方法在确定权重系数方面的不足,提出了一种新的基于回归型支持向量机的评估方法.在分析了现有的空战目标威胁评估方法中距离威胁模型存在缺陷的基础上,提出了改进的距离威胁模型.建立了基于回归型支持向量机的空战目标威胁评估模型,利用该模型对想定的空战目标进行了威胁评估.仿真结果表明,该方法具有很好的预测能力,可以快速、准确地完成空战目标威胁评估.     

基于作战能力的飞机生存力模型及其综合权衡

针对现有模型在计算飞机主动自主防御下的生存力时存在不足,提出了一种新的飞机生存力计算模型.从攻防结合的角度分析了飞机-威胁-生存力-作战能力之间的相互联系,建立了包含作战能力的生存力计算模型,用算例验证了该模型的正确性和合理性.引入权重表示具体作战任务中对生存力和作战能力的不同需求,以武器投射距离为控制变量,采用逼近理想解的排序方法(TOPSIS,Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)对生存力-作战能力进行了多属性决策.结果表明:在一定的生存力和作战能力需求下,存在最佳的武器投射距离,该距离随生存力需求的不同而变化.此方法可用来指导实际作战计划的制定.      

超视距多机协同空战目标分配算法

针对未来超视距条件下多机协同空战中的威胁估计与多目标分配,结合超视距空战特点,在综合考虑参战双方飞机性能、几何态势的基础上,提出了一种以参战双方飞机空战效能优势与当前态势优势的加权和为最终结果的超视距空战威胁估计的非参量法模型;在威胁估计的基础上,探讨了一种以空战优势函数为依据,多机之间相互配合、相互支援、协同作战过程的多目标分配算法,并进行了仿真.仿真结果证实了算法的有效性.