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格斗空战行为建模技术研究

作　者: 薄涛
导　师: 王正志
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 空战仿真计算机兵力生成行为建模微分对策遗传算法分布交互仿真高层体系结构
分类号: TP391.9
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

计算机兵力生成(CGF)技术是当前军用仿真领域的一个重要的研究方向，它在作战训练、武器装备论证、作战效能评估等领域都有着广泛的应用前景。双机格斗空战在空战训练中占有非常重要的地位，建立双机格斗空战行为模型具有重要的意义。本文研究了近距一对一格斗空战的行为建模问题。依据行为建模的通用框架，将格斗空战行为模型分为两部分：战场感知和行为生成。战场感知用来模拟飞行员的战场感知能力，行为生成则用于生成格斗行为。行为生成部分可以划分为三个功能层：控制层、战术规划层和决策层。控制层由一组飞行状态控制器组成，它模拟飞行员对战机的基本驾驶功能：战术规划层根据决策层所选择的基本空战战术(BFM)规划出一系列飞行状态控制指令，并将这些控制指令发送到控制层；决策层根据战场态势选择适当的BFM并监控BFM的执行。在控制层中，运用模糊控制技术、自适应控制技术和遗传算法构造了一个模糊自适应控制器来完成对战机飞行状态的控制，这个控制器具有超调小、稳态误差小的特点，并且可以用于多种战机仿真模型。在战术规划层中，将BFM规划看作是一个时序控制问题，建立了BFM的有限状态自动机模型。在规划层中，还建立了三维空战的微分对策模型，模型采用三维动力学方程，考虑了飞机的气动特性、高度和速度变化，动压、过载及高度约束。并运用打靶法求双方对策的数值解。在决策层中，提出了空战决策的一种多知识源模型。决策时多个知识源同时根据战场态势独立完成决策行为，系统根据优先权依据一定的规则来解决冲突。模型中引入了决策缓冲机制来表达个体特征差异(个性、疲劳度、作战技能)对作战行为的影响。作者在所提出的空战行为模型的基础上实现了一个格斗空战CGF系统。这个系统可以产生比较真实的一对一空战格斗行为，它在空战训练、作战仿真、武器装备论证和作战效能评估等领域具有一定的应用价值。

全文目录

中文摘要  7-9
英文摘要  9-11
第一章绪论  11-18
  §1．1 研究背景  11-13
  §1．2 CGF行为建模技术的研究现状  13-15
    §1．2．1 行为建模的研究内容  13
    §1．2．2 行为建模理论的研究现状  13-14
    §1．2．3 空战CGF的研究现状  14-15
  §1．3 本文的研究内容及组织结构  15-18
    §1．3．1 本文的研究内容和创新点  15-16
    §1．3．2 论文的组织结构  16-18
第二章 FDAFS概述  18-28
  §2．1 FDAFS的系统构成  18-19
  §2．2 战斗机及其武器系统仿真模型  19-25
    §2．2．1 战斗机动力学模型  19-21
    §2．2．2 机载雷达模型  21-23
    §2．2．3 机炮模型  23
    §2．2．4 空—空导弹模型  23-25
  §2．3 格斗空战行为模型  25-26
    §2．3．1 战场感知  25
    §2．3．2 行为生成  25-26
  §2．4 FDAFS的系统实现  26-27
  §2．5 小结  27-28
第三章控制层  28-51
  §3．1 驾驶功能模拟：飞行状态控制  28
  §3．2 模糊飞行状态控制器  28-31
    §3．2．1 问题描述  28-29
    §3．2．2 模糊控制器设计  29-31
  §3．3 模糊控制器的优化  31-45
    §3．3．1 两阶段遗传算法2S-GA  31-32
    §3．3．2 控制器优化  32-41
    §3．3．3 优化结果  41-45
  §3．4 加入自适应环节  45-49
    §3．4．1 自适应环节设计  45-47
    §3．4．2 仿真结果及分析  47-49
  §3．5 小结  49-51
第四章战术规划层  51-80
  §4．1 空战CGF战术规划层的基本结构  51-52
  §4．2 BFM模型  52-58
    §4．2．1 基本空战战术  52
    §4．2．2 BFM规划模块的有限自动机模型  52-58
    §4．2．3 BFM模型中控制参数的确定  58
  §4．3 控制参数优化  58-78
    §4．3．1 三类追踪机动  59-61
    §4．3．2 三维追踪过程的微分对策模型  61-64
    §4．3．3 求解最优策略  64-70
    §4．3．4 数值解法  70-76
    §4．3．5 应用此微分对策模型时需要注意的问题  76-78
  §4．4 小结  78-80
第五章决策层  80-108
  §5．1 CGF中的决策方法  80-81
  §5．2 战场感知模型  81-83
    §5．2．1 战场感知的处理流程  81-82
    §5．2．2 视线模型  82-83
    §5．2．3 相对运动解算  83
  §5．3 空战CGF多知识源决策层模型  83-85
  §5．4 任务节点  85-87
    §5．4．1 节点类型  85-86
    §5．4．2 优先权  86
    §5．4．3 机载武器及雷达控制指令  86-87
    §5．4．4 BFM控制指令  87
  §5．5 任务队列  87
  §5．6 知识库  87-90
    §5．6．1 引入多个知识库的原因  87-88
    §5．6．2 冲突解决机制——优先权  88
    §5．6．3 优先权的分配方式  88-90
  §5．7 任务调度与监控模块  90-92
    §5．7．1 任务调度方式  90-91
    §5．7．2 任务执行与监控  91
    §5．7．3 任务队列维护  91-92
  §5．8 决策控制模块  92
  §5．9 仿真结果及其分析  92-99
  §5．10 决策调节器  99-107
    §5．10．1 引入决策调节器的原因  99-100
    §5．10．2 飞行员个性的影响及其模拟  100-103
    §5．10．3 飞行员疲劳的影响及其模拟  103-105
    §5．10．4 飞行员作战技能的模拟  105-107
  §5．11 小结  107-108
第六章总结与展望  108-111
  §6．1 全文总结  108
  §6．2 进一步的研究工作  108-111
致谢  111-113
参考文献  113-121
附录一坐标轴系及符号  121-123
附录二相对运动解算  123-125
  （1）距离、相对位置与相对速度  123
  （2）视线角度与视线角速度  123-124
  （3）滚转安定视线角度与视线角速度  124
  （4）进入角与态势角  124-125
作者在攻读博士期间所发表的论文  125

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