无人战斗机的态势感知模型框架

提出了利用面向对象的贝叶斯网络构建无人战斗机的态势感知模型框架，探索了有利于多机协同作战的态势感知模型，以及作战环境具有多个不同威胁实体的态势感知；给出了无人战斗机态势感知的特点及威胁水平评估模型，以及构建基于多机协同的态势感知模型的具体步骤。     

管制-飞行状态相依网络演化过程

动态、准确的管制系统运行态势预测是航空运输系统各相关单位开展协同决策的关键基础。基于航空器间的冲突情况、管制员对航空器的管控情况以及管制移交情况构建管制-飞行状态相依网络,探究、分析其演化规律,采用相关性分析和主成分分析证明了所选5项指标的合理性。设置自由飞行和固定航线飞行两种仿真场景,通过计算平均节点度、平均点强等拓扑指标的最大李雅普诺夫指数证明各时间序列均具有混沌特性,选择长短期记忆（LSTM）人工神经网络方法对各时间序列的演化规律进行预测,并与其他预测算法进行对比。仿真结果表明LSTM算法能对管制系统的演化过程进行有效的预测,且预测精度高于贝叶斯算法和支持向量机算法;在自由飞行条件下,5项指标的预测误差绝大部分在20%以内,固定航线飞行的预测效果优于自由飞行。     

基于动态贝叶斯网络和模糊灰度理论的飞行训练评估

针对战斗机飞行训练中的评估问题,提出了一种基于动态贝叶斯网络和模糊灰度理论的评估方法。首先,分析了训练过程中典型飞行参数与机动动作的因果关系,根据专家经验与先验知识构建基于动态贝叶斯网络的机动动作识别模型,推理得到战斗机机动动作识别结果。然后,建立战斗机飞行训练评估指标体系,根据战斗机机动识别结果选择飞行训练评估指标,并采用综合赋权法确定了指标权重。最后,建立灰度模糊评估矩阵,结合飞行训练过程中各评估指标的飞行数据得到评估结果。实验结果表明该评估方法能够根据飞行过程中的参数信息进行机动动作识别及飞行训练评估,提高了飞行训练评估的效率。     

多不利因素综合作用下飞行风险评估方法研究

飞行事故的发生通常是多不利因素综合作用的结果。定量评估飞行安全,进而提出改进系统的建议和有针对性的事故预防措施,具有重要现实意义。针对传统概率风险评估方法的不足,将贝叶斯网络用于航空系统概率风险评估。以单发空中停车故障为案例进行风险评估。仿真结果表明,与传统方法相比,贝叶斯网络具有简化计算、能得到更多安全相关信息等优点,验证了所提方法的合理性。     

基于威胁评估和扩展Voronoi图的战术飞行轨迹规划方法

针对目前各种基于Voronoi图的路径规划方法在威胁处理过程中存在的问题,提出了一种基于威胁评估和扩展Voronoi图的战术飞行轨迹规划方法。建立了基于贝叶斯网络和模糊逻辑的威胁源威胁度和路径威胁度评估模型,在此基础上建立包括路径威胁度和燃油在内的最优路径代价计算模型。结合扩展Voronoi图的路径生成方法以及Dijkstra路径规划算法,得到了从飞行起点到目标点的能够适应战场态势变化的最小代价路径。最后利用κ-Trajectory路径圆滑算法,得到了与所规划路径等长的圆滑可飞的最优路径。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于动态贝叶斯网络的防空作战态势分析

针对战场目标战术意图变化的复杂性,尤其是战场信息的不确定性,根据态势事件与态势假设之间的潜在关系,利用动态贝叶斯网络建立态势评估的功能模型,并用实例验证方法有效性。仿真表明：功能模型能将各种特征因素进行综合,使不同时间片的特征因素相互修改,并准确地跟踪战场态势的变化,所得结果为指挥员情报决策提供了支持。     

基于贝叶斯网络的空战效能评估方法研究

贝叶斯网络是一个基于概率推理的数学模型,常用于解决复杂系统间的不确定性,且具有较大优势。空战过程是一个极为复杂的过程,具有较高的不确定性,针对空战效能评估过程中存在的问题,结合空战理论和实际情况,建立空战效能评估的贝叶斯网络模型,提出基于贝叶斯网络的空战效能评估方法,并进行仿真分析。结果表明:该评估方法能够根据战场环境证据对空战信息优势、协同能力、部队效能、决策指挥能力进行效能评估,为决策提供有力依据,且具有很强的学习能力与推理能力。     

无人机防相撞空中威胁态势的探测与告警研究

空中威胁态势探测与告警是无人机飞行防相撞预警的关键。为此,提出一种基于航迹预测的无人机防相撞空中威胁态势探测与告警方法。在该方法中,先采用滑动窗多项式拟合法对入侵机航迹进行动态预测,然后,在航迹预测基础上,利用无人机与入侵机飞行信息,建立针对入侵机的无人机动态避撞区,最后,结合静态保护区原理,对特定飞行场景下的无人机飞行冲突趋势、空中危险接近趋势和飞行碰撞趋势的探测与告警。仿真实例验证了所提出方法的有效性,也验证了其用于无人机飞行防相撞预警的可行性。     

基于近端策略优化的空战决策算法研究

面对未来有/无人机协同作战场景,实时准确的空战决策是制胜的关键。复杂的空中环境、瞬变的态势数据以及多重繁琐的作战任务,使有/无人机协同作战将替代单机作战成为未来空战的发展趋势,但多智能体建模和训练过程却面临奖励分配困难、网络难收敛的问题。针对5v5 有/无人机协同的空战场景,抽象出有人机和无人机智能体的特征模型,提出基于近端策略优化算法的空战智能决策算法,通过设置态势评估奖励引导空战过程中有/无人机智能体的决策行为向有利态势发展,实现在与环境的实时交互中,输出空战决策序列。通过仿真实验对所提空战决策算法进行验证,结果表明：本文提出的算法在经过训练学习后,能够适应复杂的战场态势,在连续动作空间中得到稳定合理的决策策略。     

基于Agent复杂低空飞行行为建模与仿真

为探索复杂低空混合飞行态势特性,采用Agent技术研究复杂低空飞行建模与仿真。从低空飞行环境分析入手,构建低空环境Agent、通用航空器Agent及内部推理结构,采用Netlogo平台开发复杂低空飞行态势仿真验证系统。仿真结果表明,飞行量与飞行冲突、平均间隔存在相关关系：随着飞行量不断增加,飞行冲突缓慢增加且波动较小,平均间隔呈递减趋势;但当飞行量达到一定程度,飞行冲突迅速增加且波动加剧,平均间隔趋于稳定,表明低空能力达到饱和。     

空中力量体系分布式决策机制研究

针对空中力量体系对抗实际,抽象出空中力量体系的决策网络,进而分析分布式决策的概念及内容,构建空中力量体系分布式决策机制,提出协商轮次、方案包容度、方案接受度、方案分散度等概念,给出了分布式决策机制运行流程,最后通过Matlab软件进行实例仿真。研究结果表明,该决策机制能够快速、有效地实现分布式决策。     

通用航空机队设备可靠性动态识别模型

通用航空机队设备可靠性是通航单位安全运行的前提条件,是影响运营单位经济效益的重要因素之一。根据通航单位机队设备可靠性数据统计、分析及实际使用情况,采用ATA100章节名称作为指标源。综合可变模糊识别方法和权重阶梯朴素贝叶斯分类器模型的优势,构建了通用航空机队设备可靠性动态识别模型。为了避免主观给定指标权重导致的不合理,应用熵权法客观获取指标权重。最后利用实例测试样本验证了权重阶梯朴素贝叶斯分类器的合理性,并基于该方法对待识别样本进行了可靠性状态识别。实例分析表明：基于权重阶梯朴素贝叶斯分类器的通用航空机队设备可靠性状态识别模型具有较强的可行性和合理性,为通用航空机队设备可靠性状态提供了一种科学的识别方法。     

自由飞行下基于转盘式立交桥的冲突解脱算法

自由飞行的实施能够增加空中飞行的流量,但增大了飞行冲突发生的可能性.为此,三维空间中考虑了CNS性能、速度分布、防撞系统及人为因素对碰撞风险的影响,建立碰撞风险模型来计算最小安全间距.当飞机之间接近最小安全间距时,为确保航空器的飞行安全,必须对飞机进行解脱,提出了空中转盘式立交桥的构想,用于自由飞行下的冲突解脱.     

一种基于FMEA的故障诊断贝叶斯网络快速构建方法

贝叶斯网络(BN)建模问题一直是其在故障诊断应用领域的瓶颈,实际的工程系统中,贝叶斯网模型构建存在许多困难,提出一种基于故障模式影响分析(FMEA)的BN建模技术.首先,在分析现有FMEA所包含的故障信息基础上,提出基于单条FMEA记录的贝叶斯网络片段构建方法;然后,利用故障模式与故障原因因果传递关系将贝叶斯网络片段集成为系统贝叶斯网络模型;最后,以某型飞机前轮转弯系统为例进行BN模型构建和分析.结果表明:本文基于FMEA建立的BN模型不仅避免了传统建模过程中对大量工程经验的需求,并且突破了FMEA定性分析能力,能够有效融合多源信息对工程系统进行定量分析和故障诊断.     

基于Agent模型的机场网络延误预测

准确可靠的机场网络航班延误预测是科学认知空中交通运行态势,动态精准实施国家空域系统容流协同调配策略的重要依据。提出了基于Agent的机场网络延误模型,表征机场网络系统中各元素及子系统间的交互作用下的延误特征涌现。针对机场节点动态容量、预计起飞时间、最小飞行与周转时间等Agent模型中的关键参数,适应性选用了贝叶斯估计、模糊k近邻等数据挖掘方法建立参数模型,并采用2015—2017年全美历史航班和气象数据进行训练学习。为综合评价模型性能及泛化能力,选取全美2018年3个不同延误程度的典型日进行测试。实验结果表明,在全美34个核心机场组成的网络中,各节点在4小时预测区间内延误最大误差不过27.9 min,其中约80%的节点误差小于5 min,验证了所提延误预测模型在时空范围内的准确性和稳健性特征。另外,通过与其他模型对比,展示了本模型优良的延误预测性能。     

基于自编码网络的导弹攻击区实时计算方法

针对传统中远距空空导弹三线攻击区无法为飞行员提供丰富的战术决策信息，火控系统计算攻击区实时性差、精度低的问题，提出以攻击机为中心，考虑目标逃逸机动的新型导弹杀伤包线概念。分析经典战例中目标机规避导弹的常见机动方式，将攻击区抽象为导弹的七种杀伤包线，给出准确的计算方法并进行离线仿真。确定8种影响杀伤包线的运动参数，构建样本库。引入深度学习方法，建立降噪自编码网络（AE）模型，采用无监督学习提取样本初级特征，获取表征样本库非线性规律的高维特征量；建立深度网络模型，采用监督学习提取高维特征量中的高级特征并进行拟合。实验表明深度网络的拟合值与六自由度仿真结果以及导弹真实数据相比，误差可控制在15 m之内；网络在线解算只需0.04 s，能够满足实时性需求；新型杀伤包线为飞行员及时掌握敌我态势提供了有效的辅助信息，为机动决策提供理论依据。     

基于态势评估及DDPG算法的一对一空战格斗控制方法

已有的空中格斗控制方法未综合考虑基于专家知识的态势评估及通过连续性速度变化控制空战格斗的问题。基于深度确定性策略梯度（DDPG）强化学习算法,在态势评估函数作为强化学习奖励函数的基础上,设计综合考虑飞行高度上下限、飞行过载以及飞行速度上下限的强化学习环境;通过全连接的载机速度控制网络与环境奖励网络,实现DDPG算法与学习环境的交互,并根据高度与速度异常、被导弹锁定时间以及格斗时间设计空战格斗结束条件;通过模拟一对一空战格斗,对该格斗控制方法在环境限制学习、态势评估得分以及格斗模式学习进行验证。结果表明：本文提出的空战格斗控制方法有效,能够为自主空战格斗进一步发展提供指导。     

基于有向元胞自动机的空中导航和冲突解脱算法

针对在ADS-B空域监视系统下,利用有向元胞自动机模型模拟空域,研究了飞机自主导航和飞行冲突解脱的问题。在考虑了飞机的飞行性能、最小安全间隔及飞行速度等限制条件下,建立了空域的网格模型。利用ADS-B技术,建立了有向元胞自动机运动规则,确定了有向元胞自动机的最佳运动方向,构建了飞机空中导航和空域冲突解决的算法。通过对避开空中限制区和3架飞机空中冲突解脱的仿真,给出了空中的导航路径。仿真结果表明,该算法是可行的。     

1项扩大涡扇发动机空中起动包线的有效措施——浅论航空发动机起动机辅助空中起动

在分析国外相关研究工作发展和应用情况的基础上,提出了以起动机辅助航空发动机空中起动来扩大涡扇发动机空中起动包线的措施;重点阐述了起动机辅助起动的地面试验、高空台试验和飞行台试验研究,试验结果表明前述措施可行,能够大大提高飞机在空中停车后进行空中起动的可靠性。     

基于贝叶斯网络的多状态机载系统安全性评估方法

传统的安全性评估方法不适用于具有多状态属性的现代机载系统。根据系统与系统组成单元之间的状态关系,构建了基于贝叶斯网络的机载系统多状态安全性模型;运用通用生成函数给出了贝叶斯网络非根节点的条件概率表,基于变量消元法提出了系统失效状态发生概率计算方法,推导了系统组成单元重要度算法。结合某型飞机副翼控制系统给出了应用实例。结果表明,方法为解决多状态机载系统的安全性评估问题提供了一种简洁直观的方法,能够有效评估机载系统的安全性水平,确定各单元对系统安全性中的影响。