自主空战技术中的机动决策:进展与展望

自主空战（AAC）是指飞机依靠机载等相关设备,自主进行战场感知、决策及控制,以执飞空战的技术,其核心是机动决策模块。针对该模块的研究,调研了国内外的现有方法,并按照有关方法的核心内涵,将其分为基于数学求解、机器搜索、以及数据驱动3类分别简要概述;针对每一类方法列出了具有代表性的示例技术,并讨论了其优缺点。指出了自主空战决策的研究应立足现有相关方法及技术基础,同时积极吸纳机器学习、人工智能等新兴技术,合理利用各类方法的优点,取长补短,实现自主空战决策的长足发展;有关于该研究设想的关键科学问题及其潜在解决方案也在文中进行了初步讨论。希冀基于针对自主空战决策研究框架及实现方法的概念性讨论,促进其技术发展,推广相关思路在有关国家安全、国民经济建设等领域的应用,以满足国家重大需求和工程实践。     

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。     

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。     

基于Dodgson集结算法的多机协同空战机动决策方法

针对多机编队协同作战空战问题,研究了协同机动决策改进方法.基于Dodgson集结函数,设计了新的协同决策中的机群偏好集结环节,提出了一种基于Dodgson集结算法的多机自主协同空战机动决策方法.典型多机协同空战算例表明,该决策算法能在敌机不机动、初始态势占劣等多种条件下,产生合理有效的机动决策.     

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。     

自主空战连续决策方法

未来空战正朝着无人化、自主化方向发展,自主空战决策方法是未来空战的重要支撑手段之一。传统空战决策方法由于维度限制,存在无法处理连续动作与远视决策的问题。基于Actor-Critic 方法提出空战连续决策的统一架构,依据空战训练经验对状态空间、动作空间、奖励及训练科目进行合理设计,测试多种连续动作空间强化学习算法在高不确定性空战场景下的学习效果并进行可视化验证。结果表明：基于本文提出的方法架构,可以实现连续动作下的远视价值寻优,智能体可以在复杂空战态势下做出最优决策,对随机机动飞行目标有较高的击杀率,且空战机动轨迹具有较高的合理性。     

空战决策中的智能微分对策法

提出了空战决策中的一种新方法-智能微分对策法。该方法在整体战术制定中采用人工智能方法，在空战的各个子阶段的具体战术决策中采用微分对策方法。提出了智能微分对策点的定义，它在某些情况下利用人工智能预测对手的策略，将微分对策转化为两个独立的单边极值问题，从而拓宽了微分对策在空战中的应用范围，利用智能微分对策法建立了空战决策模型，并进行了空战仿真，仿真结果表明，该方法优于专家系统法。     

有人-无人机协同空战机动决策研究

目前,有关无人机空战的研究主要考虑无人机的完全自主决策机动算法,关于有人机有限监督决策下的空战机动决策的研究鲜有报道,更缺乏对有人—无人机协同作战的研究。为实现无人机协同空战过程中的自主机动,设计一种基于路径规划技术的有人—无人机协同空战机动决策模型。首先,引入动态栅格环境,自适应调整栅格规模和分辨率,以弥补静态栅格环境规划空间越大规划效率越低的缺陷;然后,将A star 算法规划路径作为参考路径,提出ACO-A star 混合路径规划算法,以提升ACO 算法的寻优效能;最后,基于均值聚类算法设计有人—无人机协同空战机动决策算法。进行空战对抗仿真模拟,结果表明：所提出的算法具有更好的决策正确性,可有效提升空战胜率。     

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.     

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。     

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。     

预警机指挥编队协同空战分层决策模型

分析了预警机指挥下的机群多编队协同空战过程,根据空战决策特点分别以编队和单机为研究对象,提出了分层决策模型,将预警机指挥下的空战决策分解为战役层决策和战术层决策。针对战役层决策,建立编队目标威胁评估和初始兵力分配模型;针对战术层决策,建立单机目标威胁评估和目标分配模型。通过算例分析,验证了决策模型的有效性和实用性。     

基于智能微分对策的自主机动决策方法研究

提出了一种基于智能微分对策的自主机动决策系统.该系统通过预测对抗双方的未来运动状态,将双边极值问题转化为单边极值问题,以降低计算复杂程度,满足机动决策的实时性要求.为体现对抗特性,采用战术过程评价获得最优机动,战术过程评价采用逐级淘汰方法.仿真结果表明,对抗双方未来运动状态预测误差能满足机动决策的需求,机动决策结果能有效提高作战性能.     

现代战机空战对策建模研究

分析了现代战机空战的种类,着重讨论了单机单目标空战对策的建模问题,分别从二维和三维的角度描述了空战双方的几何关系并建立了飞行器相对运动模型.在此基础上,针对单机单目标空战可能出现的两种情况,建立了追-逃微分对策模型和双目标对策模型.