基于DoDAF的有人/无人机协同作战体系结构建模

有人/无人机(manned/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)协同作战是未来战场中重要的空中作战模式。由于MAV/UAV协同作战体系系统复杂、涉及作战节点多,需从系统工程的角度对整体作战体系进行顶层设计,并采用统一的结构框架对该体系结构建模。首先,引入美国国防部体系结构框架(Department of Defense architecture framework, DoDAF),提出一种体系结构快速开发方法,并给出开发步骤。然后,利用视图模型,对MAV/UAV协同作战体系的系统功能、作战任务活动、各作战节点的信息交互及组织关系等建立模型。最后,通过动态仿真对模型进行验证。结果表明,所提作战体系的执行状态与预期的作战流程一致,体系结构设计合理,系统内各作战节点定义及信息体系结构描述具备一致性和协调性。     

有人/无人机编队指挥控制系统结构设计

针对有人/无人机(manned aerial vehicle/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)编队指挥控制系统结构设计问题进行了研究。以未来空中作战为背景,结合MAV/UAV编队作战流程和特征,基于人机合作机制，设计了MAV/UAV编队协同三层递阶式指挥控制结构,分别为任务规划层、协调控制层和功能实现层。在此基础上,分析了系统结构中关键模块如辅助决策模块、人机交互系统、编队控制管理系统和航迹规划路径跟踪系统的内容。最后，设计了人机交互系统指挥界面,并针对典型控制任务进行了仿真验证。     

基于人机合作的有人/无人机编队队形变换策略

队形变换是有人/无人机(manned/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)编队飞行的关键技术,为提高编队队形变换效率并减轻飞行员操纵压力,设计了基于人机合作的MAV/UAV编队队形变换策略。首先设计了MAV/UAV编队控制系统,然后在UAV运动学模型基础上设计了一种以路径跟踪为主,速度调节为辅的MAV/UAV编队队形变换策略。通过将水平转弯机动与虚拟力相结合,并考虑实际情况中编队内碰撞问题,设计了一种改进虚拟力路径跟踪方法;根据MAV与各UAV之间的路径差,设计各UAV速度控制律,使得MAV与各UAV速度与航向角一致,从而实现编队队形变换。仿真结果验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于MAS的编队协同作战仿真系统建模研究

在深入分析现代海战复杂性特点的基础上,以复杂系统理论为指导,采用基于MAs(Multi-agentsystem,多智能体系统)的建模仿真方法对编队协同作战仿真系统建模进行了研究,旨在为开展编队协同作战的战法研究构建一个贴近实战的作战仿真系统.重点阐述了编队协同作战仿真系统的建模过程,提出了基于MAS的编队协同作战仿真系统框架,并针对如何在编队多个作战兵力Agent之间开展有效协同的关键问题,根据编队协同作战指挥的特点,提出一种分布与集中相结合的MAS规划方法.最后,基于HLA(High Level Arclitecture,高层体系结构)规范设计了编队协同作战仿真系统的体系结构.     

多平台分布式协同作战下基于MPC-MAS的指挥控制模型设计

在瞬息万变的网络化体系作战环境中,如何准确、及时地提取有用信息并作出决策,有效应对实际作战中作战效益低、资源损耗大、作战时间长等问题一直是研究的热点之一。本文以多平台协同完成对来袭目标的拦截任务为背景，提出了一种多平台分布式协同作战下基于模型预测控制(model prediction control, MPC)和多智能体系统(multi-agent system, MAS)的指挥控制系统模型。通过引入分布式多平台协同的模型概念,使各平台之间实现完全信息共享,并且采用全局分布-局部集中的决策结构,设计了分布式指挥控制的协同模型框架,选定蒙特卡罗方法进行仿真实验对比。实验结果证明了该模型具有收敛性好、误差低、损失值低等优点,可以高效地解决分布式环境下协同作战的指挥控制模型构建问题。     

基于体系结构设计的空战系统任务元模型建模

作战体系结构设计可以解决由于空战系统本身的复杂性和涌现性导致难以建模描述的问题, 随着未来空战新概念发展, 需要从基于模型的系统工程思想角度, 在统一的结构框架下构建空战系统任务元模型以适应体系架构的更迭变化。首先, 描述了任务元模型内涵。然后, 提出了一种基于体系结构设计的任务元模型构建方法, 根据该方法选取并设计美国国防部体系结构框架的视图产品。最后, 选取超视距(beyond visual range, BVR)空战想定进行作战体系结构建模, 根据标准语义关系抽取描述任务关键特征的BVR空战系统任务元模型数据组, 生成任务元模型数据库。结果表明, 所提方法能够实现作战概念需求引导下作战任务模型架构的快速组合、验证和复用。     

无人机蜂群电磁作战概念仿真

首先，提出了基于四环聚焦的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)蜂群电磁作战概念设计框架,并以彻底毁瘫防空体系为作战目标,设计“蜂刺”作战概念及“雷电蜂”作战行动。然后,面向体系对抗仿真的需求,提出了UAV蜂群电磁作战行动实体蜂群行为网络化交互(enity swarm behavior networked-interaction, ESBNI)建模框架,并研究了基于分层描述的UAV蜂群力量实体建模方法,以及基于行为规则的UAV蜂群电磁行为建模方法。再次,依托UAV蜂群电磁作战仿真原型(electromagnetic swarm operation simulation, ESS)系统,开展了“雷电蜂”作战行动的演示。最后,通过多案比对探索性仿真的方法,评估了联合作战背景下的UAV蜂群电磁作战效能,并验证了该作战概念的合理性、有效性。     

基于Multi-Agent的无人机集群体系自主作战系统设计

针对无人集群自主作战体系设计中的关键问题,提出基于Multi-Agent的无人集群自主作战系统设计方法。建立无人集群各节点的Agent模型及其推演规则;对于仿真系统模块化和通用化的需求,设计系统互操作式接口和无人集群自主作战的交互关系;开展无人集群系统仿真推演验证。仿真结果表明,所提设计方案不仅能够有效开展并完成自主作战网络生成-集群演化-效能评估的全过程动态演示验证,而且能够通过重复随机试验进一步评估无人集群的协同作战效能,最后总结了集群协同作战的策略和经验。     

无人作战飞机任务规划与控制单元仿真系统

首先对无人作战飞机任务规划与控制单元的总体方案进行设计,对仿真系统的各功能模块进行了描述.然后提出了分层递阶的任务规划与控制功能结构及其逻辑框架,并给出基于可扩展标记语言的任务链模型.最后实现了控制单元指挥多编队无人作战飞机协同作战的仿真,并对进一步的研究进行了展望.     

基于MAS的协同仿真技术研究

将基于Agent的建模与仿真技术引入到HLA仿真系统中,提出了一种具有Agent体系结构的HLA联邦成员开发方法,设计了联邦成员的基本单元-仿真应用和仿真管理Agent作为仿真对象和HLA/RTI之间的中间件,构建了具有Agent对象仿真功能和RTI管理功能的联邦成员,研究了基于MAS的UAV协同编队系统的仿真技术,为进一步开发UAV编队协同作战应用仿真系统提供了技术框架。基于MAS体系结构的协同仿真技术有助于提高联邦成员的可重用性、互操作性以及仿真对象模型的智能性,为复杂系统的仿真实验平台开发提供了有效的技术手段。     

基于EC2的无人化作战体系云流化指控架构设计方法

针对传统指控架构难以满足新型无人化作战体系需求的问题, 基于云协同理念提出“前线无人作战流”与“后方有人指控云”有机融合的云流化指控概念, 设计指控资源云服务模式。在面向无人化作战改进组织指挥与控制(enterprise command and control, EC2)理论适变性的基础上, 解耦指控组织与指控服务并分别进行设计, 将组织、节点和事件三个层面的适变行为建模为指控关系的应变过程, 进而提出支持按需重构指控关系的适变价值生产单元(value production unit, VPU)模型。最后, 以边境管控使命为例详细阐述了云流化指控架构设计方案, 效能评估结果表明其在时效性和鲁棒性方面具有优势, 可以更好地适用于无人化作战体系。     

基于模型的无人机系统架构综合评估方法

系统架构综合评估是无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)研制中的重要环节,本文从UAV总体设计的需求出发,提出了系统架构综合评估指标体系的全面性和层次性原则.根据基于模型的系统工程方法构建了三级评估指标体系.通过将系统架构模型的仿真结果作为评估指标体系的输入,建立了一种系统架构模型与评估模型关...     

基于SoSE的装备体系RMS论证方法研究

装备体系可靠性、维修性、保障性(reliability-maintainability-supportability,RMS)是装备体系作战效能发挥的基础。体系工程中需求开发过程从能力要求分析开始,然后进行体系结构建模并基于体系结构给出需求方案。装备体系RMS论证即是对装备体系RMS能力要求进行分析并提出RMS指标,也遵循这一过程。首先,基于SoSE需求开发过程和装备体系特点给出装备体系RMS论证框架。接着,基于质量功能展开方法给出装备体系RMS能力要求分析过程,从装备体系使命任务出发,建立装备体系RMS能力要求映射模型,并提出相应的RMS能力指标求解方法。然后,基于面向RMS的装备体系结构框架,将RMS能力分析得出的初步RMS能力指标作为输入,基于多智能体仿真技术提出美国国防部体系架构驱动的装备体系RMS仿真框架,从而通过仿真权衡论证出最终的装备体系RMS指标。最后,对典型使命任务下的航母装备体系舰载机保障过程进行了案例分析。     

基于CRC-MATE的体系架构方案选择

现代战争正逐步转向体系对抗，为了顺利实现系统集成并形成联合作战能力，需要在设计论证阶段筛选较为优化的体系架构方案，即选择合适的系统组合及其系统间的依赖关系。针对体系能力与组件系统能力的非线性关系, 不确定性导致的体系能力降级风险以及成本约束等问题, 提出基于功能依赖网络的体系能力计算法, 基于条件风险价值的体系风险度量法以及基于系统工程全流程的体系成本估算法。由此构建“能力-风险-成本”的三维多属性权衡空间探索模型。以海上防空反导体系为例, 明晰了权衡空间探索模型的构建步骤, 验证了该方法的可行性和有效性, 为作战体系建设过程中的方案选择提供了新思路。     

无人机集群网电攻击行动协同目标分配建模

以一体化综合防空系统中的雷达为作战对象,从体系对抗的高度研究了无人机集群网电攻击行动协同目标分配的思路与方法,并以目标重分配规则与有人机/无人机协同规则为重点构建了基于协同目标分配规则的协同目标分配模型。然后研究了基于智能优化算法的协同目标分配模型求解方法,运用混合离散粒子群优化算法模拟有人机目标分配,运用基于协议规则算法模拟无人机目标分配。最后进行了仿真实验测试,实验结果证明了协同目标分配模型的有效性,并反映了集群自组网状态对于集群作战效能的重大影响,为无人机集群以及反无人机集群的战法设计提供定量依据。     

无人飞行器集群协同行为建模技术综述

无人飞行器集群协同作为一种全新的任务执行形态, 正逐渐成为生成体系作战能力的有效途径, 而自组织集群行为建模技术是实现集群高效率协同的关键所在。基于无人飞行器集群协同特点梳理总结了关键技术问题, 从复杂系统图形化建模、集群多编队协同、集群队形变换、集群决策控制等4个方面, 对无人飞行器集群协同行为建模技术现状和存在难点进行了全面总结, 提出了基本框架和实现途径, 展望了当前无人飞行器集群协同行为建模技术研究应当关注的若干发展方向和可预见的显著效益, 为无人飞行器集群协同行为建模技术发展提供了参考与依据。