面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法

信息物理系统(cyber-physical system, CPS)是支撑信息化和工业化深度融合的综合技术体系,传统的建模与仿真方法难以满足其应用需求。因此,提出面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法,通过随机有限集对CPS中的物理实体和传感器进行数据驱动建模,并使用基于贝叶斯推理的预测与校正过程支持数据驱动的仿真模型运行。该方法能够很好地实现数字孪生机制下虚实结合的仿真运行,并实现数据驱动的CPS仿真模型解算,通过以实利虚的方式有效提高了仿真结果的准确性和可信性。最后,通过水面舰艇作战应用案例,验证了该方法的可行性和有效性。     

面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法

信息物理系统(cyber-physical system, CPS)是支撑信息化和工业化深度融合的综合技术体系,传统的建模与仿真方法难以满足其应用需求。因此,提出面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法,通过随机有限集对CPS中的物理实体和传感器进行数据驱动建模,并使用基于贝叶斯推理的预测与校正过程支持数据驱动的仿真模型运行。该方法能够很好地实现数字孪生机制下虚实结合的仿真运行,并实现数据驱动的CPS仿真模型解算,通过以实利虚的方式有效提高了仿真结果的准确性和可信性。最后,通过水面舰艇作战应用案例,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于关联规则的HLA动态数据分发策略

针对HLA数据分发,提出了基于关联规则的动态数据分发策略,主要工作有:(1)提出基于关联规则的动态数据分发思想。(2)设计了描述仿真系统成员之间数据交互情况的发布订购树(PS-Tree)。(3)基于PS-Tree挖掘关联规则,实现动态数据分发策略。(4)给出动态数据分发策略性能的量化分析。实验结果说明动态数据分发策略通过提高组播资源利用率,有效实现了基于值的数据过滤,减少了冗余数据的发送与接收,从而提高仿真系统的实时性、稳定性。     

基于三维纹理的水下三维声场直接体可视化

声波是潜艇进行水下目标探测的最有效手段,因而在潜艇水下作战环境三维可视化研究中,水面舰船和水下潜艇声能场的可视化是核心技术之一,应用硬件加速的三维纹理技术实现了三维声场直接体可视化。仿真结果表明该方法在三维声场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。     

基于AIS的船舶驾驶实时增强仿真系统

目前航海模拟器主要用于航海教学与技术培训,而现场使用真实的航行水域中气象环境及目标船信息进行船舶指挥决策仿真的很少.研究系统构成要素,基于AIS的实时真实信息与虚拟环境融合,经验性船舶流体动力模型,运用统一数据源进行电子海图、雷达和三维视景数据精确匹配可视化方法,采用人在回路中的半实物仿真方式,建立船舶驾驶实时增强仿真系统,形成更加逼真的航行区域环境,能够更真实地反映舰船航行时的人机互动,有助于辅助决策结果的实时性、可信性与有效性,实现了船舶航行指挥决策论证和特殊操纵方案评估,实验结果表明了系统的可行性.     

动态数据驱动的适应性建模与仿真

动态数据驱动应用系统(DDDAS)是一能够将实验或测量数据与仿真紧密结合在一起的新型研究模式,是未来仿真应用的发展方向之一。本文简述了DDDAS的产生动机和发展现状,分析了DDDAS的概念与开展DDDAS相关研究的现实意义。指出了仿真在DDDAS中的重要性,并从应用、算法和系统结构三个层次详细讨论了DDDAS仿真的适应性这一核心研究问题。在此基础上,重点讨论了DDDAS建模与仿真的研究内容,以及利用先进并行与分布式仿真技术实现DDDAS建模与仿真环境所需解决的关键问题。对几个典型的DDDAS应用进行了介绍,并对DDDAS仿真的军事应用前景进行了分析。     

面向绿色云计算数据中心的动态数据聚集算法

在分析目前云数据中心设备能耗和数据访问规律的基础上,创建了云计算数据模型,研究了云计算系统任务调度和数据部署层面的节能机制,提出一种面向绿色云计算数据中心的动态数据聚集算法。算法分为数据聚集与节点聚集两个层次,在兼顾系统服务质量的同时,按照节点和数据在不同时段的使用情况有效聚集数据,实现原本随机部署的数据与节点的有序化聚集和重新部署,从而使计算存储节点能够轮流运转,部署于云数据中心各区域的温控设备可以更加精确地实施定点环境温度控制。算法达到既充分利用资源,满足用户的服务需求,同时降低系统的整体能耗的目标。通过仿真实验进行了实验验证和性能分析,结果表明算法能够保障云数据中心的服务质量,提高设备稳定性,达到了“绿色”节能目标。     

面向全探测空域的光学目标探测概率建模与仿真

保证目标在视场内是跟踪测量设备工作的前提条件,工程中通常采用概率对其进行描述.针对动目标光学设备探测概率精确求解的问题,提出了一种光学传感器全探测空域的精确描述方法,并建立了探测概率模型.分析了模型中各参数影响,并通过对选用算法性能进行仿真分析,确定了模型的实现方法,最终完成了探测区域描述方式的比对分析.仿真结果表明,提出的探测概率模型具有较高的精准度,且确定算法为模型的工程应用提供了有效的实现手段.     

分布式潜艇作战系统仿真设计环境研究

分布式潜艇作战系统仿真设计环境是目前国内功能较全、规模较大、技术较新的潜艇作战系统仿真平台,是数学仿真环境和半实物仿真环境的综合集成。该仿真设计环境可在较真实的水下战场环境中,利用异地分布的设备和仿真模拟器进行互操作,完成潜艇作战系统及分系统的仿真、验证和培训等应用,通过Stage软件的集成实现对整个仿真过程中战场态势的实时显示,并能对仿真结果进行评估。     

高分辨水下目标近场二维散射特性计算及仿真

基于转台成像的原理和卷积反投影(CBP)的成像算法,实现了高分辨率水下复杂形状目标的近场高频二维声散射特性的计算.首先采用理论建模方法数值计算得到潜艇目标的近场高频回波仿真数据,然后采用CBP进行近场转台成像处理,得到潜艇近场距离-方位二维声图像.仿真结果清楚地给出潜艇目标强散射点的二维位置.利用该方法可以有效地预测水下目标的散射特性,为目标特征缩减和目标识别提供重要的依据.     

舰艇编队协同反潜仿真系统及关键技术研究

针对协同反潜作战系统仿真的需求,提出了一种基于HLA的舰艇/舰载机编队协同反潜仿真系统构建方法,解决了声传播损失建模、多平台多传感器信息融合、基于Petri网的编队协同反潜指挥决策仿真、火箭助飞鱼雷全弹道建模与仿真等关键技术。仿真实验结果表明,所建仿真系统可扩展性强,仿真精度高,满足了典型反潜作战研究的需要,具有实用价值。     

基于HLA的潜艇作战仿真平台设计与实现

建立了集潜艇装备仿真、反潜CGF仿真、武器对抗仿真、海洋环境仿真为一体的潜艇作战模型体系,采用HLA仿真体系结构构建了完整的潜艇作战分布式仿真平台,系统提供有效的仿真数据收集、存储及分析功能,可以在＂虚拟战场环境＂中开展对抗条件下的潜艇作战效能评估、作战使用方法研究等工作,系统通过扩展接口可与其他非HLA仿真系统互连从而扩展了研究范围。

Abstract：

A comprehensive simulation model framework was established,which included equipment models,anti-submarine forces model,weapon counterwork model,ocean environment model. A HLA-based distributed simulation system for submarine warfare was built to form a virtual ocean combat space,in which research works could be carried out by the means of counterwork simulation. This system provides the functions of simulation data collect,access and analysis,also this system can interlink with other non HLA systems through extension interface.     

基于多Agent仿真的编队协同反潜作战效能分析方法研究

编队协同反潜作战是一个复杂系统,能不能形成清晰的反潜效能分析思路,建立合适的反潜效能指标体系,并进一步确定合理的效能分析方法,成为编队协同反潜作战效能分析最为关键的环节。在给出编队协同反潜作战领域Agent定义及单个反潜兵力Agent形式化描述的基础上,提出了基于多Agent系统仿真(MASBS)的复杂系统效能分析法(MASBS-CSEA),给出了其定义,提取了三种作战任务模式下的效能分析指标,并基于HLA技术构建了MASBS仿真的联邦体系结构。     

基于几何精度稀释的矢量潜标最优布站

矢量潜标阵列是重要的反潜警戒声纳系统, 其目标精确定位能力能够为反潜警戒提供重要的信息支撑。对此, 以几何精度稀释(geometrical dilution of precision, GDOP)为定位系统性能评价指标, 推导了多阵元情况下基于到达方向定位(direction of arrival, DOA)及基于到达时差(time difference of arrival, TDOA)定位的GDOP表达式, 并仿真比较了不同阵元数量对定位性能的影响, 不同布站几何的阵列半径敏感度、测量误差敏感度、站址误差敏感度和有效作用范围等。结合潜标阵列实际应用环境, 通过仿真结果对比可以发现, 四元Y型阵是基于GDOP衡量标准的矢量潜标阵列的最优布站。     

基于作战网络的反潜活动效能评估

针对航母战斗群反潜作战活动,基于作战环思想构建网络作战模型,根据参与反潜活动的装备能力要素指标,综合利用层次分析法和灰色评估法,分析作战网络节点的效能值,从而评估作战网络边的效能,进一步结合网络模型分析打击敌方目标的效能值,最终得出反潜作战活动针对目标的打击效能。     

基于Petri网的直升机反潜仿真

Petri网对具有并行、异步和随机时间的离散事件仿真系统具有很强的可视化描述能力,它可以通过标记在网内的流动揭示系统的动态行为。而直升机反潜过程是一个复杂的离散事件过程,包括了搜索、跟踪、定位和攻击四个阶段,各阶段之间的转换是由各种战术规则和随机战场态势所决定的,具有并行、异步和冲突竞争等特点,采用传统的排队论和决策树方法描述直升机反潜过程非常困难。在建立了描述这些过程的Petri网的基础上,提出了处理并行和竞争变迁的实施原则,实现了直升机反潜过程描述的可视化。     

基于军事规则的无人坦克集群协同作战仿真

现代战争逐渐向无人化、信息化、智能化方向发展,无人坦克作为未来陆战中的主要装备,在机动性、安全性和经济性方面具有很大的优势。单无人坦克在大规模的陆战中能力有限,很多复杂的任务需要无人坦克集群合作完成。围绕无人坦克集群协同作战应用,建立了动力学控制、单机决策、武器装甲等单无人坦克系统模型。结合无人坦克自身状态和融合态势信息,设计了无人坦克集群的协同感知模型,基于现有的目标分配、避敌和编队自修复等军事规则,提出一种新型无人坦克集群协同作战模型。搭建仿真系统,对所设计的模型算法进行了测试,探索验证了无人坦克协同作战的可行性和有效性。