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。     

动态数据驱动应用系统的概念研究

动态数据驱动应用系统(DDDAS)是一种功能强大的仿真应用的全新模式,是系统仿真发展的新趋势,是实现现代战争中将信息优势转换为决策优势的有效途径.由传统仿真的不足引入DDDAS概念,然后对DDDAS概念进行了较为深入的分析与研究,从仿真应用、算法、系统软件支撑三个方面详细探讨了实现DDDAS的关键技术.最后,构建了基于DDDAS的决策支持系统概念框架,并指出了DDDAS的应用前景.     

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HLA分布式仿真系统的模型驱动设计方法

提出了一种基于HLA分布式仿真系统的模型驱动设计方法。首先提出基于MDA的分布式仿真系统开发框架，然后给出了使用UMLProfile创建HLA元模型的方法，最后分析了从领域元模型到平台元。模型的映射规则．该方法通过定义基于HLA／RTI分布式仿真平台的UMLProfile，订制了HLA元模型以扩充UML对于HLA仿真平台相关模型的描述能力，有利于分布式仿真系统的快速开发和构建，同时容易实现分布式仿真应用从底层RTI平台到其他中间件平台的迁移。     

一种探测低飞目标的PD雷达仿真系统

针对相参体制的脉冲雷达波形, 在综合考虑雷达平台及低飞目标运动规律的基础上,采用半空间物理光学结合图形电磁学,快速准确地计算了半空间低飞复杂目标的雷达散射截面,并按照真实地形的地形高程数据和地形地物特征,生成地杂波模拟数据。最后,采用频域信号处理方法对包含目标和杂波信息的雷达回波信号进行研究,实现对目标探测、测速、测距的功能。给出了仿真系统的总体架构和各模块的功能原理,并用仿真实例进行验证。     

SAR对地面车辆目标探测能力仿真系统研究

为了更有效评估合成孔径雷达(SAR)系统对地面目标的检测、识别性能,分析、衡量地面目标生存能力,根据SAR对地面目标探测的基本原理,结合计算机仿真技术,设计并开发了机载/星载SAR对地面车辆目标探测能力仿真系统。该系统通过对多种杂波背景下车辆目标原始回波的模拟,实现了多种算法的目标成像、双参数CFAR检测以及目标识别处理,进而实现对场坪/公路上固定或慢速运动车辆目标的检测及识别概率计算,由此进行车辆目标生存能力的评估。给出了仿真系统的总体架构和各模块的功能原理,并用仿真实例进行验证。     

舰艇探测目标过程的仿真研究

在舰艇作战仿真研究中 ,舰艇观察器材发现目标过程的仿真精度是决定作战仿真结果可靠性的重要指标。本文在分析舰艇观察器材观察原理的基础上 ,建立了观察器材的探测发现模型 ,研究了观察器材探测发现目标过程的仿真方法。     

基于HLA的雷达网探测隐身飞行器仿真系统

介绍了雷达网探测隐身飞行器的数学模型，根据这一模型，提出了基于HLA的仿真系统设计框架和实现方案，并说明基于HLA技术实现该系统能满足灵活性、仿真部件的重用性等方面的要求。     

白天空间目标可见光探测仿真研究

为了仿真研究白天对空间目标可见光探测相关技术,基于STK/X的相关技术和对大气辐射计算程序MONTRAN的整合,设计了白天空间目标可见光探测仿真平台,完成了目标亮度、目标轨道、大气和地面探测系统模型的建立和实现。以对某目标白天在长沙地区过境探测为例,估算了在一定角度下为了达到探测目的,探测系统消除杂光能力的大小要求,仿真分析结果与实际情况基本一致,表明仿真平台的有效性。通过该仿真平台的建立,为进一步研究白天对空间目标的可见光探测技术提供了帮助,为探测系统相关指标的设计提供了理论依据。     

基于多Agent的多机协同空战仿真系统设计和实现

设计了一种基于多Agent的多机协同空战仿真系统,分别对该系统的建模框架和仿真框架进行了构建。在建模部分提出了系统各类Agent的Petri网模型和基于知识查询处理语言（knowledge query manipulation language, KQML）的模糊通信机制,仿真部分则采用独立于建模框架的仿真信息控制结构和小规模协同分配算法实现。仿真结果表明,该系统与实际符合较好,仿真速度和精度高,验证了该系统的有效性。     

舰载电子战飞机RCS特性数值模拟

对舰载电子战飞机的雷达散射截面（radar cross section, RCS）特性进行研究。分析作战剖面下雷达波对于机体的俯仰角,建立舰载电子战飞机A型号和B型号的三维CATIA模型,基于物理光学法和等效电磁流法,使用RCSPlus软件,数值模拟在UHF、X和S雷达波段下舰载电子战飞机的RCS特性,研究电子战条件下飞机被雷达发现概率,并对仿真结果进行数理统计分析。研究结果表明：对低空隐身飞机设计时,要降低俯仰角在-7.30°至14.78°之间飞机的RCS值,就可以降低距离26 km以外、高度8 km以下的所有雷达的探测距离;舰载电子战飞机RCS特性A型号与B型号相比,在X波段下,头向RCS减小了40.95%;舰载电子战飞机A型号在与无电子战时相比,被X波段雷达探测到距离缩短了63.24%。     

基于Apriori算法的作战仿真探索实验控制

Apriori算法可用于从作战仿真实验数据中挖掘作战规律,但通常需要以大量实验数据为支撑。为减少规律发现的成本,提出一种边实验边挖掘的序贯探索方法,及时发现并确认低支持度、高置信度的“潜在规则”,再利用规则库避免重复探索,最终提高规律发现的效率。概述了Apriori算法的原理及其在作战仿真实验中的应用;介绍了利用Apriori算法对探索实验进行序贯控制的思路流程及关键技术;最后通过蒙特卡罗仿真验证了该方法的有效性。为开展规律发现型作战仿真实验提供了新思路。     

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。     

针对无人潜航器的反潜策略研究

近年来无人潜航器对国家海洋国土安全带来的威胁逐渐增大,其低噪声特性和隐蔽入侵方式也给反潜行动带来极大困难。为此,提出了一种两阶段规划算法,用以学习优化反潜策略,在部署阶段,建立了基于不确定性马尔可夫决策过程的反潜资源分配模型,并设计了鲁棒性部署策略强化学习算法,用以求解不确定条件下分配模型的纳什均衡解。在搜索阶段,建立了基于部分可观察马尔可夫决策过程的搜潜模型,并设计了基于多智能体强化学习的搜潜策略学习算法。最后,通过仿真实验验证了本算法与比对算法相比具有更高的性能。     

基于Agent行动图的作战建模方法

针对一般的基于Agent作战建模过程中没有实现军事人员主导下的军事概念模型直接驱动的问题,提出一种基于Agent行动图的作战建模方法。在给出基于Agent行动图建模基本原理的基础上,区分Agent行动组织结构图、通信网络图、动作属性图,提出了基于Agent行动图的作战系统静态概念模型建模方法,区分Agent行动指挥交互图、状态行为图,提出了基于Agent行动图的作战系统动态概念模型建模方法;进一步建立了Agent行动图概念模型到行为仿真模型框架转换方法,并设计实现了基于Agent行动图的作战建模工具;最后以装甲分队典型作战行动建模为例,验证了方法的可行性与有效性。     

作战仿真传感器模型探测处理通用方法

指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察(command,control,communication,computer,intelligence,surveillance and reconnaissance, C4ISR)模型是作战仿真系统的中枢和灵魂,是作战仿真的重点和难点。在分析作战仿真情报、监视和侦察模型中的传感器模型对于探测处理的建模需求基础上,提出了传感器模型探测处理的通用方法,介绍了所提方法的整体流程,通过计算过程详细说明了所提方法的9个方面。通过模型的输入输出数据的结构并结合仿真验证实验,说明了该方法的适用性和通用性,提高了作战仿真传感器模型的运行效率,节约了开发成本,并为ISR建模与仿真提供了参考方法。     

基于多agent系统的舰艇编队防空辅助决策系统

提出基于多agent系统(multi-agent system,MAS)技术的分布式编队防空辅助决策系统基本框架。在目标信息共享和平台间实时作战参数交换的前提下建立了基于平等协商的分布式目标协商算法,混合运用Ta-bu搜索算法和基于规则的计划算法。在目标分配协商中,采用~Brown算法通过agent之间平等协商进行目标分配。在本舰防空计划中,采取软/硬防空计划并行比较消解冲突,实现本舰软/硬防空武器防空计划的协调。     

作战仿真中基于Web分布式文件系统的研究与应用

通过对分布式作战仿真环境中资源特点的研究,总结分布式作战仿真环境对分布式文件系统的需求。在Web-based Distributed Authoring and Versioning(WebDAV)协议的基础上,提出了开放、可扩展的分布式文件管理系统模型,并针对分布式作战仿真的需求,对其进行必要扩充,并实现了基于Web的分布式文件管理系统。该系统支持异构系统下的文件管理,具有良好的可扩展性、清晰的层次结构及全局性的资源视图。以分布式作战环境中的武器模型资源为对象,实验表明该系统的访问效率基本满足分布式作战仿真环境的要求。     

水下战视景仿真系统建模及实时场景渲染方法

针对水下对抗建模中随机误差加入的合理性及复杂环境实时细致再现的问题,提出了一种基于高层体系结构(high level architecture, HLA)和军用仿真平台Flames构建一个可定制、可重用的水下对抗视景系统的设计方法,引入基于分形布朗运动(fractional Brownian motion, fBm)特征约束的随机误差来构建仿真模型,同时开发出基于开放场景图(open scene graph, OSG)视景引擎的海面和水下空间,充分利用图形处理单元(graphic processing unit, GPU)实现海面和海底地形等的快速纹理映射及渲染。该系统能适应潜舰、直升机潜等多种水下对抗样式的视景仿真需求。实际应用结果表明,该系统具有较好的实时性和视觉效果。