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智能化指挥控制是未来无人机集群作战指挥控制的必然趋势。基于对象过程方法论(object-process methodology,OPM)提出了一种无人机集群智能化指挥控制概念模型。在统一视图下对无人机集群智能化指挥控制的实体对象、信息、环境、过程等进行了抽象描述。采用运行功能统一规范建模方法(operational-functional unified specification,OFUS)设计构建了无人机集群智能化指挥控制顶层概念模型、SD1级放大模型和SD2级子过程模型,并通过OPCAT软件推演功能对模型进行检验和验证,证明了模型的逻辑可行性。
针对不确定态势下无人机群作战效能评估问题,构建了一套基于作战过程仿真的无人机群作战效能评估方法。首先,从作战环角度分析无人机群察打任务作战过程;其次,根据作战环的各个步骤设计战法计算,结合设计的参数设置、战场态势生成与记录、全局进度控制器、作战数据记录等模块形成完整的无人机群察打作战过程仿真系统;然后,依据获得的作战过程仿真结果数据,构建核心效能指标与辅助效能指标,给出各指标的计算与耦合方法;最后,通过案例实验,对采用不同编配方案的无人机群进行作战过程仿真,评估分析作战效能,验证了本文方法的可行性,可实现不确定态势下无人机群作战效能的有效评估。
为提高“低慢小”无人机目标检测跟踪精度,提出一种基于YOLOv7和DeepSort框架的改进型无人机检测算法,在YOLOv7算法骨干网络引入了CBAM注意力机制提高特征提取能力,使用BiFPN加权特征金字塔替换PANet提高不同尺度特征融合能力,增加小目标检测层改善无人机检测精度。构建了天空、树林、建筑和阴暗条件4类背景的“低慢小”人机数据集,并进行测试实验。结果表明,改进型算法的检测部分mAP@0.5提升了8.6%,特别是对小尺寸、弱特征的目标检测精度提高了约21%;最终跟踪结果MOTA指标提高24%,正确输出的目标框占真实目标框的比例约70%。
为了满足无人机助推架的研制需求,设计了一种以高压二氧化碳气体驱动的适用于固定翼无人机的可拆卸式发射助推架。结合气体炮内弹道方程,建立了气体发射的数学模型,通过理论计算和利用动力学仿真软件ADAMS对设计的三维模型进行仿真,得到了不同质量无人机发射时的初速、过载、位移等变化规律。结果显示,通过仿真得到的无人机离开发射架时的初速、位移、过载变化曲线与理论计算结果高度一致,验证了计算与仿真的正确性。研究结果表明,该固定翼无人机助推发射架在不超过最大过载的情况下,能够成功发射14 kg及以下无人机并达到起飞初速,仿真结果与理论计算误差不超过3%。研究结果可进一步为气体发射提供理论指导。
针对无人装备,设计了艇载反无人系统发控单元,包含70 mm、40 mm便携式防空单元和反装甲单元,借助艇载探测设备,能够对5 000 m以下空域中小型无人机、无人直升机、自杀式无人艇等进行有效威慑与打击。共配备了11个发射控制接口,能够对常规无人装备进行多批次打击,护航基地、港口和海上高价值目标。发控单元采用ARM+FPGA主从控制结构,充分发挥了两种不同芯片的优点,并在硬件电路中对发射流程的硬件执行顺序进行了创新性设计,在严格按照发射流程顺序执行的同时,能够确保不因元器件损坏而造成误击发,进一步确保了系统的安全性和可靠性。
聚焦联合作战方案仿真实验评估迫切需求,针对联合作战仿真系统中指挥实体智能自主决策能力不足、“人不在回路”仿真实验模式难以推广运用的现实问题,探索在仿真回路中引入模拟人类指挥员决策思维和决策行为的联合战役层级仿真智能体——虚拟指挥员,提出了虚拟指挥员及其作战决策的定义与定位,构建了一种以决策思维模拟为核心的虚拟指挥员作战决策模型体系框架,基于自然决策理论设计了虚拟指挥员作战决策思维模型、行为模型和仿真模型,为解决“人不在回路”仿真实验瓶颈问题提供了一种可行的解决途径。
作战方案评估优选是作战筹划中的关键环节,决策质量直接关系到战争的成败。针对作战方案优选问题,提出了一种基于BWM-QFD的作战方案优选方法。首先,通过QFD法构建了作战方案优选质量屋,建立了方案满意度需求和能力指标之间的关联关系;然后,运用BWM计算方案满意度需求的权重,并构设了基于BWM-QFD的作战方案优选框架,给出了作战方案的满意度需求评估算法;最后,通过方案优选案例,对方法的有效性和可实施性进行了数值验证。
针对城市防御力量有限条件下如何选择高风险重点保卫区域,使有限力量效用最大化、城市风险最小化的问题,提出了一种基于区域综合风险评估的城市重点防卫区域选择方法。首先,从入侵方和防御方角度思考,构建合理的保卫目标风险评估指标体系;其次,基于等效能量思想提出了权积归一法来确定保卫目标风险指标的组合权重,进而计算目标风险值;接着,根据质心理论结合目标距离测度与重要程度构建目标分布加权质心计算模型,并以此为基准,建立离差矩阵计算区域目标分布离散度;最后,依据风险雷达图面积构造区域综合风险评估函数,并结合某城市Ⅰ~Ⅵ区目标情况对各区域的综合风险进行定量评估。结果表明,相比于目标风险耦合方法,该方法能够更准确地实现区域综合风险评估,为城市重点防卫区域选择及有限力量高效部署提供决策依据。
兵棋游戏的复杂性,增加了单一技术构建的智能体,在兼顾粗粒度策略调整和细粒度行动控制方面的难度,限制了智能体效能。为此提出了面向兵棋的“意图-任务-行动” 多层级智能体架构,旨在为兵棋游戏提供一种能够整合多种技术优长的智能体建模技术。该架构通过自上而下的分解传递机制,将作战策略逐步分解、转化为可执行的任务和动作。使用有限状态机、联盟博弈和行为树等技术分别实现了智能体架构的各层级架构。当前智能体适用范围严格限定于陆战战斗环境。最后在兵棋平台上与多个基准AI进行多轮次对抗实验,验证了该架构的可行性和有效性。
针对登陆作战中面临的典型空中威胁,重点研究了高机动超近程防空作战过程中的分层多次修正对空态势评估技术,提出了拦截任务分配的规则,建立了针对不同目标进行电火协同拦截的分配模型,依据相关拦截模型对电子、火力各类武器进行统一作战管理,解决了火力打击与电子对抗、雷达探测与电子对抗、指挥通信与电子对抗的统一指挥控制问题,实现多类武器的软硬结合、梯次拦截。
针对投放式单基地声呐与双基地声呐浮标在应召反潜任务中,对目标潜艇潜在区域进行封锁时所需声呐数最少的布阵方案进行研究。在理想海况下,当单基地声呐探测区域与目标区域的交点连线为探测区域的直径时,所需声呐数量最少。由此提出了一种双基地最优布阵方案,在等效半径相同时,该方案与单基地声呐最优布阵所需声呐数量差距仅在-1到1个之间。最后通过实验模拟验证了布阵方案的有效性,计算了封锁不同半径区域所需的声呐数量,对应召反潜区域封锁布阵与兵力装备需求评估具有指导价值。
随着人工智能技术的迅速发展,智能化武器装备在未来城市作战中的作用日益凸显。因此,提出一种运筹学的方法来确定城市作战智能化武器装备的发展战略。首先,分析了城市作战的特点和智能化武器装备发展现状,创新性地将模糊层次分析法(FAHP)引入SWOT分析框架。该模型利用FAHP处理主观的SWOT分析矩阵,定量计算影响因素权重,改进了传统SWOT分析过于依赖专家经验的缺陷。其次,对战略四边形重心坐标的计算方法进行了改进,提出了一种更合理的坐标计算公式,能更准确确定重心位置。最后,以城市作战智能化武器装备为例,计算确定了积极开拓的机会型战略,并对相应发展策略提出建议。
特殊信息系统是具有特定体系结构、特定功能定位,组成要素及要素间关系多样的复杂信息系统,而其中的关键“穴位”是指在系统中起关键作用的节点或组成要素,“穴位”受损将对整个系统功能效用带来巨大影响。研究如何挖掘系统关键“穴位”,具有重要的科学价值和现实应用意义。利用复杂网络理论,剖析特殊信息系统的网络特性;在此基础上,从“静态”和“动态”两个维度分别提出超度、聚类系数、特征向量中心性,以及网络弹性、网络抗毁性共五个指标用于评估各节点的重要程度;接下来利用YAANP决策软件确定各指标权重,进而提出一种面向特殊信息系统的关键“穴位”挖掘方法并以城市无人进攻作战背景下的特殊信息系统为例,检验所提方法的科学性、合理性。
针对舰炮系统基于作战效果进行效能分析的问题,通过ADC法和层次分析法建立效能分析模型。根据作战任务,分别给出了可用度向量、可信度矩阵和能力向量的评估模型。在能力向量的评估模型中提出作战任务与打击效果、任务时间和弹药消耗有关,结合层次分析法给出了具体的计算模型,为指挥员做出决策提供了有力支撑。针对具体的计算模型,给出了示例,通过计算比较,研究人员可选择最佳执行方案,同时可根据实际情况对参数权重进行重新计算,从而提供更加合理准确的决策结果。
远程火箭布雷系统作业过程中,受风速风向影响,开舱后地雷落点容易发生偏离预定位置的情况,导致布雷作业效能下降。通过建立火箭布雷弹作业效能评估模型,仿真分析风速、风向与火箭布雷弹落点位置的影响关系,验证火箭布雷弹的作业效能。仿真结果表明,横风条件下,当风速达到Ⅳ级时,火箭布雷弹受风影响,落点位置偏离预定位置较大。纵风条件下,当风速达到Ⅵ级时,火箭布雷弹落点位置偏离预定位置较大。研究结果论证了火箭布雷弹作业效能与风速与风向的定量关系,为实战环境下合理运用火箭布雷系统提供了方法支持。
引信是高炮弹药武器系统发挥终端效应的最终执行装置,其性能优劣直接影响高炮弹药系统的引战配合效果,从而决定了高炮弹药对空中目标的毁歼概率,一定程度上影响着战争的结局。分析了高炮弹药引信在膛内的主要受力情况,论述了性能仿真与实验验证的方法,研究成果可为后续高炮弹药引信的结构设计与性能仿真提供参考、借鉴。
雷达网覆盖区域的大小是衡量防空体系性能的重要指标之一,对优化雷达组网布局设计,最大限度发挥雷达网的综合效益具有重要意义。由于雷达网的探测概率是各个雷达共同作用的结果,其覆盖区域图形非常复杂,难以利用常规方法求出解析解。通过分析多部雷达对目标的联合概率与雷达参数、目标距离之间的相互关系,建立了判定约束条件,采用蒙特卡罗法,将面积计算问题转化成为计算平面内随机坐标点满足约束条件的点数问题,并给出了具体算法的过程。与同类算法比较而言,该算法的结构清晰简单,易于扩展。仿真实验结果表明了算法的可行性。
为设计低成本、高效能的卫星,提出了一种卫星全寿命周期效费权衡优化方法,结合卫星不可修、在轨运行中可能存在降级使用等情况,建立了以ADC(availability, dependability, capacity)模型为基础的全寿命周期效能评估模型,提出了多维度参数成本模型以评估卫星费用,开发了基于CAIV(cost as an independent variable)方法的效费优化模型及求解方法。以遥感卫星为例开展应用验证,结果表明,所提出的方法可实现能力指标、可靠性和重量等卫星总体指标优化,为卫星方案论证、任务管理、全寿命周期费用管控等工作提供指导。
面对日益增长的观测任务需求,卫星资源合理高效的任务规划愈发关键。为更好地把握当前卫星观测任务规划问题的研究热点与发展趋势,结合文献计量分析和内容分析方法,首先,利用可视化科学知识图谱工具CiteSpace对该领域关键词进行分析,得出分布式协同任务规划方法和规划求解算法为该领域的主要热点问题,接着,对其研究现状进行综述,最后,对未来研究可重点关注的发展方向进行展望,为卫星观测任务规划问题研究及应用提供参考。
针对短波数据链建链过程中定频建链频率选择困难、时效性低、易被侦获干扰以及多用户同时建链时易产生互扰的问题,提出一种基于多域正交选频的多用户短波数据链算法。首先,根据建链用户数和用频间隔等参数,利用多域正交规划将用频带宽进行分割,再根据禁用频率和用频需求得到各用户可用频点集,最后,利用系统选频建链功能为多用户同时建立短波数据链。算法有效解决了多用户同时建链中的选频困难、用频易冲突以及定频建链不稳定、用频易暴露等问题,有效提升了系统可用性和抗干扰能力。
设备失效分布规律是可靠性工程的基础。针对无线通信设备自身结构与失效机理复杂,失效分布类型众多,可靠性模型选择困难及评估难度大等问题,从系统的底层硬件设备失效分布研究出发,以典型无线通信系统车辆自组网设备为研究对象,通过对比分析设备寿命指数分布、对数正态分布、两参数威布尔分布的相关系数和误差值,引入信息量准则和专用拟合优度检验分析可靠性模型拟合效果,提出了基于模型选择的无线通信设备可靠性分析方法,并结合实际案例进行检验与分析,提高了模型选择的准确性和有效性。
