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总结了系统工程、体系工程与数字工程等系统科学体系的起源、发展以及相互关系,在分析国内外水下攻防体系发展情况的基础上,针对水下攻防体系在发展过程中面临的体系运行机理复杂与技术基础薄弱等主要问题,阐述了将系统科学体系相关理论运用于水下攻防体系建设发展的必要性,并分别从系统工程、体系工程与数字工程的角度提出了水下攻防体系的相关发展建议,对后续水下攻防体系的研究具有一定的军事意义和理论价值。
在分析水下多平台集群可变粒度态势感知发展的基础上,研究了多粒度水下态势感知的体系范畴提升及时空演进同步问题,提出虚拟物理人工智能多粒度水下态势感知原理及方法。通过内嵌多物理知识和上下文情景模型的动态虚拟物理神经网络,以时空数据与情景信息为驱动,实现了跨领域多粒度水下态势感知及跨时空同步态势演进分析,为有效遂行水下攻防对抗任务提供协同智能决策支持。理论分析及数值结果表明,多粒度水下态势感知及其同步态势演进分析可以通过有效融合集群资源,增强信息优势并动态优化所涵盖的功能领域和时空规模。所提出的原理及方法可为水下立体攻防体系的构建和发展提供理论依据与技术参考。
为得到潜艇水声对抗主/被动航空声呐的最佳策略,构建了水声环境模型和声呐探测模型、潜艇对抗模型,提出了一种考虑声接触、跟踪、定位和识别处理的航空声呐信息处理模型,仿真分析了被动声呐浮标和主动吊放声呐等典型航空声呐在接触潜艇的条件下,不同潜艇水声对抗策略的效能。结果表明,对抗被动声呐时,减小辐射噪声比提高航速更为有效,潜艇应该采用大深度、最小噪声航速、最短距离脱离。如果潜艇通过电子侦察侦听到声呐浮标空投入水声音得知被动声呐浮标方位,可以插入气幕弹恶化被动浮标阵共视条件,避免跟踪定位,提高对抗效果。对抗主动声呐时,改变航向、投放宽频干扰器和声诱饵后高速脱离是潜艇的最佳策略,脱离过程还可以插入气幕弹恶化声呐跟踪定位识别环境,为潜艇拉开与声呐的距离提供条件。该研究可为潜艇水声对抗主/被动航空声呐提供仿真环境和决策参考。
任务分配问题是智能体集群研究的基础关键问题之一,UUV集群在任务分配问题方面受到水下探测和通信能力的限制,UUV个体只能获得周围局部信息,常规的全局算法无法得到很好的应用。提出了一种基于深度强化学习和分布式UUV集群组织架构的任务分配算法,算法首先实现每个UUV个体的局部任务分配,其次相邻的个体之间进行信息一致协调,从而实现UUV集群的最优化任务分配。仿真实验结果表明,所提算法相较遗传算法收敛更快,相较合同网算法通信量小,任务分配效率高,且分布式架构不依赖“指挥中心”,UUV集群系统的鲁棒性更高,任务分配可靠性更高。
随着靶场向试验训练一体化的发展,靶场的职能从考核单一的武器装备,向考核整个作战体系转变。为构建逼真体系级试验训练环境,在现有的靶场框架下引入数字孪生体的概念,提出了以构建完整的作战体系数字镜像为目标的数字孪生靶场的总体框架,分析了智慧测控、计算试验、智能决策、作战云等关键技术,并给出了水下攻防数字孪生靶场应用案例,为实现大规模、高频次实兵对抗条件下的体系级试验训练提供参考。
针对水下动态目标搜索问题,提出一种基于改进遗传算法的AUV动态目标搜索算法。采用蒙特卡罗统计方法生成大量目标运动轨迹,作为计算适应度依据;结合水声模型提出一种新型的累积探测概率计算方式;种群选择采用灾变思想与精英主义相结合方法,保证种群的非劣性和多样性,加速跳出局部极值;采用混沌序列方式选择交叉和变异点,增加种群随机性;采用动态自适应的交叉概率与变异概率,减少经验依赖,保证后期种群多样性。仿真实验结果表明,相较于传统算法和经典遗传算法,改进遗传算法能有效避免陷入局部极值,提高搜索概率。
针对舰炮武器系统适装性评估问题,提出了一种基于层次分析法的适装性评估模型。该模型选取火炮、跟踪传感器、火控设备的适装性作为模糊变量来评估舰炮武器系统的适装性,结合三个变量的具体评估准则,基于层次分析法给出了适装性的具体计算方法。应用实例表明,该模型实现了舰炮武器系统适装性的量化评估,可操作性强,可为选型决策提供有力支撑。
维修器材消耗预测通常采用单一的预测模型,适用范围较为狭窄,同时对整装维修器材消耗预测的精准性不高。综合考虑装备维修器材稳定性消耗特征,采用基于器材分类的组合预测方法,开展装备维修器材消耗预测。组合预测方法融合了指数平滑方法、Croston方法、TSB方法等的优势,分别对消耗稳定和消耗不稳定的器材进行了预测。结果表明,组合预测方法有效避免了单一预测模型的局限性,具有较为广泛的适用性,提高了维修器材消耗预测的精度。
针对传统PID控制算法在控制LNG卸料臂这种具有很强非线性的时变系统时响应速度慢而无法适应移动目标法兰跟踪对接需求这一问题,引入模糊控制理论,分别提出和实现了不依赖于LNG卸料臂动力学模型的模糊经验控制算法和与PID控制相结合的模糊PID控制算法,并将两种智能控制算法分别应用于试验场实体LNG卸料臂中,以单个关节为试验对象,分别进行性能测试和模拟移动目标法兰的跟踪测试,试验数据表明,引入模糊控制理论设计的算法在综合响应速度上,相比传统PID控制算法有明显提升,并且在实际应用中,模糊PID控制算法因其较强的抵抗时延能力完全可以胜任移动目标法兰的对接需求。
极点配置方法在三回路驾驶仪设计中应用较广,针对开环截止频率这一关键参数的设计约束较为模糊。通过建立控制增益、闭环极点与系统开环截止频率的解析关系,将控制系统设计问题转化为开环截止频率的合理选择。结合鸭式布局导弹工程设计经验,分别讨论了舵机带宽、舵偏角速率、闭环零点和控制增益极性对开环截止频率选取的约束准则和工程应用修正,通过典型条件验证了该准则的适用性。
联合侦察预警体系的能力指标是联合作战指挥员在作战筹划与指挥控制阶段关注的重要基础信息之一。根据联合作战指挥员对联合侦察预警能力分析评估需求,基于兵棋推演基础想定和实时推演数据,采用体系能力边界静态评估与实时作战效能评估相结合的方法,从宏观整体与局部细节不同层次系统全面地评估联合侦察预警体系作战能力,设计构建了联合侦察预警体系基本作战能力与实时作战效能评估两大类十五个具体评估指标,并对每一个评估指标的内涵、外延和计算方法进行了详细阐述;最后,基于兵棋推演基础想定和推演模型输出结果,设计并实现了联合侦察预警体系能力评估软件工具,为兵棋推演中面向指挥员的联合侦察预警能力评估提供了新思路和新方法。
针对舰艇编队威胁海域安全的案例,设计了红方突防攻击、蓝方防空反导的想定以及陆、海、空3种反航母作战策略,基于墨子系统开展多方案作战仿真,获得了双方战损数据。在此基础上,建立了以引诱、攻击等性能参数为基础的指标体系,以层次分析法(AHP)分析了3种策略的作战效能。进一步提出了一种以AHP权重定奖励的深度强化学习(DQN)算法,对海基策略进行了优化,作战效能提高了5.36%。研究结果表明,基于墨子系统这一类作战仿真软件开展想定设计、作战策略仿真,再建立AHP-DQN进行作战效能优化的方法可为反舰作战提供参考。
针对反坦克雷场作战效能评估问题,提出了基于哈里斯鹰算法(HHO)优化蒙特卡洛神经网络(MCNN)的反坦克雷场作战效能评估方法。首先,介绍了IHHO算法和蒙特卡洛神经网络的基本原理和算法流程;然后,对反坦克雷场效能评估的主要影响因素进行分析,归纳总结了反坦克雷场的作战效能评估的指标体系;最后,构建了IHHO-MCNN神经网络评估模型。仿真实验结果表明,该模型可以有效对反坦克雷场进行效能评估。
机场跑道毁伤效果的评估及功能恢复时间在作战评估领域具有重要意义。以子母弹联合火力打击机场跑道为背景,以打击机场跑道的效益为出发点,对机场跑道的毁伤评估标准和方法进行了研究。首先,分析了打击机场跑道的主要目的在于封锁,跑道的毁伤评估标准应重点体现其时间效益;然后,分析得出结论:计算最小升降窗口只能得到是否达到封锁机场的目的,需计算最优升降窗口才能得到机场功能恢复时间;进而提出了一种方向搜索算法,可搜寻打击后机场跑道上的最优升降窗口,并进行了算例分析。提出的方法可为战场机场毁伤评估和跑道修复提供参考。
近年来,基于深度强化学习的机器学习技术突破性进展为智能博弈对抗提供了新的技术发展方向。针对智能对抗中异构多智能体强化学习算法训练收敛速度慢,训练效果差异大等问题,提出了一种先验知识驱动的多智能体强化学习博弈对抗算法PK-MADDPG,构建了双重Critic框架下的MADDPG模型。该模型使用了经验优先回放技术来优化先验知识提取,在博弈对抗训练中取得显著的效果。论文成果应用于MaCA异构多智能体博弈对抗全国竞赛,将PK-MADDPG算法与经典规则算法的博弈对抗结果进行比较,验证了所提算法的有效性。
为将指挥员需求语句中的实体指称准确链接到知识图谱中的标准化实体节点上,提出了基于改进编辑距离的军事领域实体链接方法。通过对实体指称的非标准形式进行归纳总结,建立索引,并以BM25模型为基础,提出了融合考虑多方面相似性度量特征的改进编辑距离算法,对待链接实体进行综合排序,从而实现了实体链接。实验结果表明,该军事领域实体链接方法有效提高了实体链接时的匹配准确率。
针对当前雷达组网部署优化问题缺少对海探测研究,以及基于实际地形数据的遗传算法(GA)求解复杂度高的问题,开展了基于数字高程模型(DEM)数据和遗传算法的对海探测部署优化研究。基于预先阵地和对海探测雷达威力模型,所提的算法可有效减少遗传算法寻优空间,极大提高优化求解速度。仿真表明,该算法可获得和遍历法近似的最优结果,随着部署规模的增大,具有明显的速度优势。
雷达组网进行数据融合是复杂电磁环境下提高预警探测精度和容错能力的有效方法,研究人员需研究适应干扰、信噪比降低等复杂情形的数据融合方法。基于贝叶斯统计理论提出一种多雷达点迹融合方法,将贝叶斯多源数据融合方法与卡尔曼滤波结合,以卡尔曼滤波输出的航迹预测及其协方差作为贝叶斯理论的先验知识,以多雷达量测结果作为贝叶斯理论的观测值进行融合,并提出一种基于回波信噪比的点迹标准差实时估计方法,构建标准差自适应估计的点迹融合与滤波框架。仿真结果表明,多雷达点迹自适应融合方法,滤波精度优于单雷达滤波结果、优于航迹融合结果,能够适应目标距离、RCS起伏引起的标准差变化,具有较强的工程应用价值。
针对纯方位目标转向机动检测问题,提出一种基于航向估计的多平台纯方位目标机动检测算法。该算法通过选定假设机动点序列,解算假设机动点前后的两段目标运动要素,根据解算出的相邻段航向差序列变化来判别目标是否发生机动。基于Taylor级数要素解算模型,建立了两段运动要素联合解算模型和两段运动要素独立解算模型。通过对多种航路进行仿真计算,统计分析这两种解算模型下机动检测算法的虚警率、目标机动检测率、机动检测延迟时间以及机动时刻估计精度。仿真结果表明,两种解算模型下的机动检测算法能够有效地对转向机动目标进行机动检测。
针对未来多域协同体系级作战下的航空通信动态规划需求,根据仿真系统与实际系统的虚实映射、实时同步、共生演进和闭环优化的系统目标,提出了平行仿真系统在航空通信装备作战效能提升、装备内场增量式集成测试验证、装备智能健康管理以及虚实结合的试飞训练等方向的应用构想,建立了一种面向航空通信的平行仿真系统架构,给出了系统组成,分析了系统涉及的实时数据采集、多分支并行仿真推演和基于人工智能的态势预测与智能决策等关键技术难题,为平行仿真技术在航空通信领域的具体应用奠定理论基础。
为提高传统基于测距信息的主从式协同导航定位算法中从艇的位置解算精度,将从艇间的测距信息作为量测值融入主从式协同导航算法,重新构建了系统状态方程和量测方程,采用了扩展卡尔曼滤波进行滤波解算。仿真结果表明,相比于传统计算方式,增加了从艇间测距信息的主从式协同导航算法可进一步抑制定位误差的发散,提高了从艇的导航定位精度。
针对俄罗斯“莫斯科”号巡洋舰在拖带过程中沉没事件,基于情景推演的方法模拟了“莫斯科”号被乌克兰导弹击中的大概率推测。随后,基于海洋环境实况构建数学模型,定量评估了海洋环境在“莫斯科”号拖带沉没过程中的影响。仿真结果表明,海洋环境对“莫斯科”号防空雷达的探测效能和拖运过程中船舶的倾覆都有较大的影响。最后,通过剖析俄罗斯和乌克兰在海战中展现出的装备技术水平和技战术的运用,为我军海上装备的发展提供借鉴,为我军海上作战的技战术提升提供科学依据。
针对防空装备体系建设和装备发展等需求,以2022年2月俄乌军事冲突中的空袭/反空袭作战为例,分析攻击方电子干扰效果、巡航弹突防高度以及防御方防空反导武器性能等对对抗效果产生影响的关键因素,采用探索性分析结合仿真推演的方法,设计了三种探索性实验方案,通过仿真推演定量分析上述因素对攻击方战术弹道导弹、巡航导弹等弹药命中数量的影响,提出防御方防空反导装备体系的网络化作战、一体化防空反导等发展建议,为防空反导装备发展、体系建设和运用提供参考。
