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。     

基于DoDAF的载人登月体系结构建模

针对传统文本模式存在的需求域与设计域之间信息离散、关联性差、不易追溯等问题,采用基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)方法开展载人登月系统设计。引入美国国防部架构框架(Department of Defense Architecture Framework, DoDAF),提出载人登月总体设计体系结构可执行模型的流程和方法;采用系统建模语言(system modeling language, SysML)建立了视图模型,描述了系统架构、需求模型和逻辑接口。并开展了初步逻辑仿真验证,可为载人登月系统设计和MBSE方法应用提供参考。     

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。     

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。     

基于博弈论的多无人机协同作战仿真系统

研究多无人机协同作战问题,建立多机协同作战仿真系统的简化模型,详细叙述系统模型中的两个子系统,图形子系统和算法子系统.以博弈论为主要理论基础的算法子系统,完成一定态势下敌我双方的最佳作战策略对求解.以系统模型、图形子系统和算法子系统为基础,实现了此仿真系统.     

基于DoDAF的靶场体系结构设计

信息化武器装备的发展, 对靶场试验能力的要求不断提升, 靶场体系结构的建立迫在眉睫. 统一规范的体系结构为新系统的开发提供标准框架, 防止各自为战的"烟囱式"建设, 促进体系内各系统之间的互连、互通和互操作, 最大限度的发挥系统效能, 避免浪费. 通过对美国国防部体系结构框架(DoDAF)的研究, 综合分析靶场具体领域的实际需求. 根据DoDAF体系结构设计方法, 研究提出了靶场体系结构的设计思路. 对靶场以及其它相关领域的体系结构设计都具有一定的参考价值.     

有人/无人机编队队形集结控制研究

针对有人/无人机(manned/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)编队队形集结控制问题,设计了一种基于航迹规划-跟踪的MAV/UAV编队集结控制策略。首先,考虑编队队形集结边界约束与防碰撞约束条件,设计了一种基于Dubins曲线与协同模拟退火粒子群优化相结合的编队集结航迹规划算法。然后,以规划得到的集结航迹作为期望航迹,设计了一种双回路结构的非线性路径跟踪控制方法。最后,利用Matlab软件对设计的航迹规划与跟踪控制方法进行了仿真对比实验,仿真结果验证了方法的有效性和优越性。     

可执行体系结构的HCPN建模方法

美国国防部体系结构框架（DoDAF）作为一种通用的系统体系结构描述规范,得到业界的广泛认可。但由于其本身描述形式的局限,无法支持对集成系统体系结构动态特性的分析。在建立DoDAF产品描述与层次化着色Petri网（HCPN）不同建模语言间对应关系的基础上,提出了以集成体系结构操作活动模型（OV-5）、操作规则模型（OV-6a）、逻辑数据模型（OV-7）为主体的可执行模型五阶段建模方法。旨在使由DoDAF体系结构产品建立HCPN可执行模型的过程规范化、步骤化,为实现体系结构可执行模型的自动转换提供技术支持。     

基于DM2的体系结构数据一致性验证方法

为进行有效、规范的体系结构构建,现有体系结构大多采用美国国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework, DoDAF）作为指导,针对采用该框架构建的体系结构的数据一致性验证问题,提出了一种基于国防部体系结构框架元模型（DoDAF meta model, DM2）的验证方法。该方法直接从DM2中提取数据的一致性原则,而后利用查找出来的实体数据构建验证准则或者验证矩阵,进而完成体系结构数据一致性的判断。最后,通过一个案例进行一致性验证步骤说明和可行性分析,验证结果充分说明了该方法的有效性。     

基于HLA编队协同作战仿真研究

简要介绍了基于HIA的协同仿真平台（COSIM）的两种开发机制：COSIM开发机制和非COSIM开发机制。基于该平台构建了编队协同作战仿真系统，介绍了系统的体系结构及各节点的功能，完成了各个联邦成员的对象类和交互类设计，研究了非COSIM机制下的系统开发过程．开发过程表明：该机制在较大程度上封装了HLA／RTI的开发细节，能降低系统的开发难度，使开发过程变得简单。通过仿真实验验证了所构建仿真系统的可行性和正确性。所构建的仿真系统为编队协同作战能力（CEC）系统应用到水下防御领域的概念论证提供了依据，且为相关理论的研究提供了试验平台。     

有人机/UCAV编队协同作战决策分配方法

针对有人机/UCAV(unmanned combat aerial vehicle)编队协同作战决策分配过程中属性值和专家建议的不确定性,采用区间直觉模糊多属性决策(interval-valued intuitionistic fuzzy multiple attribute decision-making,IVIFMADM)方法,综合处理不确定数值.首先,对专家域中专家建议矩阵进行一致性检验,并进行收敛迭代生成群体决策矩阵;其次,采用熵权法求得各属性值权重大小,赋予高熵值属性以较大权重;然后,基于改进灰色关联分析,并与属性权值进行信息集结得到属性值与各决策等级间的相似度,确定最终决策等级;最后,通过实例验证了IVIFMADM方法应用于有人机/UCAV编队协同作战决策分配的有效性和稳定性.     

基于FBNs的有人机/UCAV编队对地攻击威胁评估

信息化环境下的编队对地攻击过程中,所获取的地面兵力威胁信息具有高度不确定性。如何采用高效的不确定性信息推理方法快速准确地完成地面兵力对空中飞行编队的威胁评估建模成为一个亟待解决的问题。提出基于模糊贝叶斯网络的有人机/无人战斗机编队对地威胁评估建模方法,综合模糊逻辑与贝叶斯网络的优势,对战场的随机、模糊威胁信息进行综合处理。仿真结果表明,模糊贝叶斯网络不仅能够有效处理战场不确定信息,而且能够综合指挥员的主观判断,适合于不确定性战场环境下的威胁评估推理。     

有人机/无人机编队协同任务分配方法

任务分配方法是任务控制过程的重要组成部分,是编队协同作战指挥策略的关键。以合同网协议(contract net protocol, CNP)和多智能体系统（multi-agent system, MAS）理论为基础,建立了有人机/无人机编队MAS结构和基于投标过程的任务分配模型,将任务优先权引入任务分配模型中,可以实现预先任务分配和执行过程中动态任务分配,保证动态环境下编队整体分配效能较优。针对作战想定进行了仿真计算,结果表明,基于CNP和MAS理论的有人机/无人机编队协同任务分配策略具有良好的预先任务分配和实时任务分配效果,能够满足编队作战任务的需要。     

基于双层规划的攻击无人机协同目标分配优化

针对攻击无人机编队协同作战的背景,提出了基于双层规划的攻击无人机协同目标分配模型。分别以打击效果最大化和飞行航线最短作为模型的上下层目标,并贴近战场环境将目标优先程度、目标打击效果上下限以及打击时间窗口等因素作为模型约束。利用直觉模糊双层规划(intuitionistic fuzzy bilevel programming, IFBLP)理论对构建的协同目标分配双层混合整数规划模型进行了转化,并采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)方法对其进行求解,给出了具体求解步骤。算例结果证明IFBLP理论能够有效解决所构建的双层混合整数规划模型。     

Analysis of unmanned aerial vehicle navigation and height control system based on GPS

According to the characteristic of global positioning system (GPS) reflection signals, a GPS delay mapping receiver system scheme is put forward, which not only satisfies the unmanned aerial vehicle (UAV) guidance localization but also realizes height measurement. A code delay algorithm is put forward, which processes the direct and land reflected signal and outputs the navigation data and specular point. The GPS terrain reflected echo signal mathematical equation is inferred. The reflecting signal area, when the GPS signal passes the land, is analyzed. The height survey model reflected land surface characteristic is established. A simulation system which carries guidance localization of the UAV and the height measuring control through the GPS direct signal and the land reflected signal is designed, taken the GPS satellite as the illumination source, the receiver is put on the UAV. Then the UAV guidance signal, the GPS reflection signal and receiver’s parallel processing are realized. The parallel processing reduces UAV’s payload and raises system’s operating efficiency. The simulation results confirms the validity of the model and also provides the basis for the UAV’s optimization design.     

无人机集群系统弹性研究

为提升无人机集群(unmanned aerial vehicle swarm,UAVS)应对恶劣天气、人为干扰、组件故障等扰动的能力,借鉴复杂网络弹性理念,对UAVS扰动场景进行建模,提出了UAVS弹性的概念与内涵,通过与鲁棒性、可靠性、抗毁性等指标对比,阐述了弹性指标对于研究UAVS系统特性的意义;分析UAVS性能变...     

基于虚拟长机的无人机侦察编队控制方法

针对使用多无人机编队对周边区域实施协同侦察任务的协同控制问题,提出了以虚拟长机为编队航迹引导的分布式编队控制方法。该方法基于编队通信拓扑的分布性,以“相邻”无人机为参考估计长机状态,然后设计无人机编队的分布式线性化反馈控制器。仿真实验表明,在无人机编队沿阿基米德螺旋线实施侦察的过程中,该控制器能够使多无人机形成期望队形,并维持其稳定,同时减小编队队形误差,实现对侦察航迹的高精度跟踪。