空战机动决策集模型分析

空战机动决策集模型是自主空战机动决策技术的基础,直接影响着空战机动决策的效果。本文综述了应用最为广泛的两类典型空战机动决策集模型,分析了现有基本机动动作决策集模型和典型战术动作决策集模型的特点和不足,提出了机动决策模型的改进方法。     

空战格斗飞行机动数据库建立及应用

空战格斗任务面临环境高复杂性、博弈强对抗性、响应高实时性、信息不完整性、边界不确定性等多项挑战。为此，已建立人类飞行员空战格斗飞行机动数据库ACED(Air Combat Engagement Database)，系统采集人类优秀飞行员空战格斗飞行机动数据。基于该数据库，首先分析了空战格斗飞行机动方程，提出应重点分析飞行员在空战任务中的滚转角及法向过载决策指令；研究确定了近距空战格斗任务中的人类飞行员飞行机动决策时间窗，并采用能量谱分析方法确定了飞行员在近距空战格斗飞行机动中的滚转角决策频率；针对采用航炮作为主武器的近距空战格斗任务，研究了近距空战格斗敌机轨迹预测算法。相关方法可有效预测航炮炮弹生命周期内的敌机未来轨迹，有力支撑了航炮自动火控算法的研发，助力在相关空战竞赛中取得优异成绩。本文系列应用示例验证了已建立的空战格斗飞行机动数据库的有效性。     

从空战制胜机理演变看未来战斗机发展趋势

制空权是当代战争一切空中行动的前提条件,而承担空中优势重任的战斗机的研发工作长期以来为各军事大国所重视。数十年来,美军在空战理论、战斗机研发和空战实践等方面具有领先优势,已率先完成由能量机动制胜向信息机动制胜的空战能力转变。随着自主、人工智能、无人、通信、计算等技术的快速进步,美军正在塑造以下一代战斗机为核心,以复杂空战系统为基本空战单元的新空战形态,认知机动制胜将是未来空中对抗的制胜机理。本文将系统梳理空战制胜机理的演变历程,结合当前技术发展与布局,研判未来战斗机发展趋势。     

自主空战机动决策方法综述

自主空战机动决策是基于数学优化、人工智能等方法,模拟飞行员空战决策,自动生成飞行控制指令的过程。它在空战仿真、飞行员辅助决策和无人战斗机自主飞行等领域广泛运用。根据求解思路的不同,综合论述了两类自主空战机动决策方法:针对基于对策的空战决策方法,阐述了从追逃对策到双目标对策的发展脉络和内在联系,并着重分析了两类重要的双目标对策模型——矩阵对策和影响图对策;针对基于人工智能的空战决策方法,系统论述了基于专家系统的机动决策、基于遗传学习系统的机动决策、基于人工免疫系统的机动决策和基于神经网络的机动决策,明确了各种决策的建模方法、适用条件、改进途径等问题。总结了各个空战机动决策方法的优点及不足,指出了自主空战机动决策的进一步研究思路。     

一种过失速区飞行敏捷性评估方法的研究

在评估过失速机动飞行的敏捷性中，首先建立了具有过失速机动（ＰＳＴ）能力的战斗机Ｆ２的数学模型，对常规战斗机Ｆ１与ＰＳＴ战斗机Ｆ２的空战进行了数值仿真，计算了在两架战斗机中Ｆ２首先攻击时间（ｔ１）和攻击时间范围（ＴＷＩＦＥ）。结果表明，战斗机Ｆ２比Ｆ１更具有空中格斗优势，空战中发动机推力、迎角变化率、操纵规律和离轴发射角（μ０）等因素对战斗机过失速机动敏捷性有一定影响。     

无人机空战仿真中基于机动动作库的决策模型

根据无人机空战仿真需要和专家系统原理,建立了一套基于机动动作库的快速响应自主空战机动决策系统模型;根据第三代战斗机空战中典型的机动动作,建立了相应的专家数据库;通过对驾驶员经验的分析,建立了专家知识库,并将整套决策模型应用于空战仿真中.仿真结果表明,应用该模型建立的空战仿真系统,可以使无人机根据实时战场环境,实现快速自主决策空战模拟飞行.     

基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法

基于能量优化的无人机机动能够使无人机在不失去决定性位置优势的情况下获取相对于对手的能量优势，足够的能量优势可转换为有效的位置优势，有利于无人机在空战中随时改出当前机动并投入下一机动动作，对于无人机获取空战胜利至关重要。开展了基于能量优化的无人机机动轨迹生成方法研究，通过在无人机机动飞行包线内设计合适的机动指令，使得无人机能量性能指标最优。以上升转弯机动为例进行了机动轨迹生成的详细设计，并与常规上升转弯机动轨迹生成结果进行对比，仿真结果显示所设计的机动动作完成时间缩短了28.6%~83.8%，总能量变化减少了64.7%~70.1%，实现了无人机机动飞行的能量优化。     

空战仿真中机动控制模型研究

针对现代作战飞机方案评估和设计的要求,构建了现代空战仿真系统中计算机控制的飞机仿真基本框架。根据现代空战中典型机动动作对速度矢量的指向要求,从控制飞机速度矢量出发,建立了一类空战机动动作控制的基础模型,并对能反映飞机性能的限制环节进行了建模。仿真结果表明,利用该模型对飞机进行方案评估和性能指标设计是合理的,所建模型能够较好地仿真空战机动,体现飞机性能指标对空战机动的影响。     

超视距空战机动动作库设计及动作的可视化

在两类常见空战动作库的基础上设计了超视距空战机动动作库,以直接攻击为例对空战机动动作库中的机动动作进行了设计.运用OpenGL图形库,研究了模型的导入、数据驱动、视点漫游和数据读取技术,实现了超视距空战机动动作轨迹的三维显示.提高了动作库的通用性,可以方便直观地学习空战机动动作,为空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定基础.     

基于变权重伪并行遗传算法的空战机动决策

针对空战机动决策中态势多样化对机动决策的影响以及控制量的细化问题,以敌我双机空战为背景,利用空战优势函数值作为空战机动决策的依据,基于滚动时域控制方法,采用变权重自适应伪并行遗传算法解决空战决策问题。重点分析了隐身优势函数以及变权重函数的建立、遗传编码方式、操作算子的确定,最后对空战决策进行了仿真。仿真结果验证了隐身优势函数的合理性,以及该理论在空战机动决策方面的有效性。     

X—31A飞机的设计特点和试飞情况

综述了为验证增强战斗机机动性(EFM)计划、衡量过失速机动飞行的可行性及其在近距空战中的战术价值,X-31A飞机在气动布局、大迎角抗偏离设施、推力矢量系统以及飞控系统方面的特点;介绍了X-31A飞机的有关飞行试验情况,特别是循序渐近的四种过失速机动动作以及空战效能评估结果。结果表明,X-31A飞机气动布局合理,能完成过失速机动飞行。且过失速机动技术和推力矢量组合,可以大大地提高飞机近距空战的作战效能。     

战斗机曲线跟踪数值仿真模型研究

建立了应用于空战数值仿真的战斗机曲线跟踪的数学模型。首先介绍了机动平面与瞄准平面的概念．给出了它们相重合的条件。导出了战斗机以调整速度进行曲线跟踪时的需用过载，及以最大转弯角速度进行曲线跟踪时的需用过载。根据导引运动学原理，讨论了战斗机为实现武器发射应进行的机动飞行。利用该模型对空战过程进行了数值仿真．仿真结果表明．所建立的数学模型是可行的。     

现代空战机动决策研究

将影响图和对策论引入到现代空战机动决策中,提出了考虑交战双方对抗的n步连续机动决策的多级影响网对策决策模型。首先,确定现代空战飞机相关数学和运动模型;其次,将大规模群集空战转化为多个小集团作战;在此基础上,依据协同的原则,又将小集团作战转化为多个一对一空战,然后运用多级影响图对策理论解决一对一空战。空战仿真结果表明该模型的有效性。     

扭转机动机理及其战术意义研究

对扭转机动及其在空战中的战术意义进行了研究,提出了空战中的几种战术战法,为工程技术人员和飞行人员提供参考与借鉴。     

基于动力学模型的积分滤波机动检测方法

给出了一种基于动力学模型的积分滤波机动检测方法，通过滤波时对机动时间、机动强度和滤波残差的实时统计，可以准确识别目标的机动状态，并自适应调整滤波参数，保证滤波的精度。对野值具有很强的抑制能力，能够在很大程度上减小虚警的概率。该方法适合靶场对高机动弹道的机动检测。     

空战机动动作库设计方式研究

具体阐述了两类常见空战动作库的设计 :典型战术动作库和基本操作动作库 ,详细分析了这两类空战机动动作库的不足 ,最后提出了改进动作库设计的具体意见和建议。     

战斗机高机动性对训练提出新要求

对典型空战的分析表明，先进三代机的高机动能力是其空战优势的重要保证。要发挥这种优势必须要有与装备高效协同的飞行员，而飞行员的能力及素质则非常需要在三代机水平的教练装备中加以培养。因此，深入理解先进战斗机的机动能力，重视同水平教练机的设计与发展，将有利于部队战斗力的高效生成。     

武装直升机空战关键技术问题研究

本文论述了武装直升机空战的几个关键技术问题。首先建立了简化的武装直升机空战动力学和运动学模型,阐明了模型简化的具体方法;其次给出了直升机空战的结构图,并分析了空战的基本原理,同时简述了空战机动策略的选取原则,描述了直升机空战的基本特征;最后系统地说明了直升机空战中的航路规划技术,并提出了未来旋翼机的设想。     

飞机常规机动仿真的过载控制模型设计研究

在空战战术和战法研究中,通常以飞机机动过载大小和方向(法向过载、航迹滚转角和速度/发动机状态)为输入控制量,继而解算预期动作的飞机动力学参数.根据飞机的航迹特征和飞行员操纵习惯,考虑飞机性能的限制,对飞机实现盘旋、跃升、俯冲、加减速、筋斗、按航路点飞行等常规机动的控制律进行了设计.仿真结果表明,所设计的控制律可以满足常规机动的仿真要求,具有一定的实用价值.     

自主近距空战中机动动作库及其综合控制系统

针对自主近距空战中机动动作库的设计,采用定性与定量结合的方法对机动动作进行描述,以准确体现机动动作的几何形态和战术意义,构成含描述参数的机动动作库。对于机动动作的控制,提出了按照任务控制-运动学控制-动力学控制-被控对象划分的综合控制系统多层递阶结构。其中,机动动作控制器针对每种机动动作分别设计指令生成器,生成气流角和速率指令;气流角控制器采用含指令滤波的backstepping方法进行控制律设计。以半滚倒转和高速摇摇为例进行仿真验证,仿真结果表明,机动动作的描述参数能准确体现其几何形态和战术意义,并通过综合控制系统实现有效控制。