基于HLA／RTI的无人机作战仿真系统框架设计

无人机系统与其他武器系统的联合训练是一项重要课题。在对无人机系统的进行深入分析的基础上,设计了基于HLA／RTI的无人机作战仿真系统的基本框架,实现了与炮兵C^3I系统的联合仿真,建立了无人机作战仿真系统的概念模型,为下一步仿真系统的开发实现奠定了基础。     

无人机作战仿真系统前期设计中的几个问题

侦察/攻击无人机作战仿真系统旨在构建一个基于HLA的仿真平台,在给定的作战想定下,对侦察/攻击无人机执行作战任务的整个流程进行仿真推演,对侦察/攻击无人机的作战效能作出评价,为侦察/攻击无人机武器系统的作战使用研究提供研讨环境.侦察/攻击无人机作战仿真系统搞好前期的顶层设计至关重要,针对系统前期设计中的任务定位问题和成员规划问题作了深入探讨.针对侦察攻击无人机仿真系统的特点,提出了以PAC实体行为模型作为仿真引擎的核心技术,以基于组件的开发方法(CBD方法)作为仿真成员设计的基本方法,并对仿真系统的组件接口进行了详细的分析设计,为侦察/攻击无人机作战仿真系统的后续设计奠定了坚实的基础.     

基于STAGE的无人机作战仿真研究

在对无人机作战特点及使用样式深入研究的基础上,综合运用STAGE(scenario toolkit and generation environment)仿真软件,给出以HLA为核心的无人机作战仿真系统框架,构建无人机和导弹等关键实体扩展模型,开发了战场仿真环境。结合无人机典型作战想定,设计了仿真流程,并进行仿真推演。结果表明此战法打击效果较好,具有一定实用意义,为无人机作战研究提供了一种新的可行研究思路。     

基于HLA的反辐射无人机系统仿真研究

基于HLA建立仿真应用系统是提高作战仿真活动效率、检验武器系统作战效能的有效途径.分析了反辐射无人机与雷达对抗仿真系统的组成和特点,介绍了基于HLA的反辐射无人机仿真系统的体系结构,开发了系统的FOM/SOM表,探讨了基于HLA的仿真应用系统开发的一般过程,给出了反辐射无人机与雷达对抗仿真系统的设计实例.     

基于Multigen的无人机任务飞行仿真系统

介绍基于Multigen仿真软件Multigen Creator, Creator Terrain Studio和Vega Prime的无人机任务飞行仿真系统,在Vega Prime中建立无人机的飞行控制运动函数,实现无人机模型在虚拟仿真场景中的六自由度运动。基于.NET 2003环境下多线程编程技术和SBS网络数据传输,实现该系统的实时应用。仿真结果表明该系统能较好地模拟无人机作战飞行任务。     

神经触角“单兵千里眼”

针对无人机蜂群作战,基于分布式网络化协同作战体系,提出一种单兵无人机蜂群作战云体系,利用其动态聚能、灵活配置的优势,通过前置无人机蜂群作战云天线阵列获取战场信号,传入尾随的无人机综合信息处理作战云,提高单兵作战效能。同时,具备不同功能的无人机作战云可在战场上通过快速敏捷的飞行控制形成单兵分布在战场上的神经触角,完成远距离侦察、探测、对抗与评估的任务。仿真结果表明,无人机蜂群天线作战云阵列规模越大,天线主瓣波束越窄,其方向特性越好,探测的距离也越远;单兵无人机作战云系统的探测无人机群仅需要10 W的功率就能达到50 km以上的探测距离,扩大了单兵作战的侦察范围。     

雷达对无人机系统上行链路的干扰仿真研究

基于对雷达干扰无人机测控系统的情况的分析,提出了基于Simulink的干扰仿真分析系统的建立方法.主要分析了雷达干扰无人机测控系统上行链路的过程,给出了雷达系统、无人机测控系统上行链路模型,并提出了信噪比、干噪比计算的仿真方法.通过全过程仿真和相关实地测试,确保了仿真系统的准确性.仿真结果说明该仿真系统适合模拟雷达干扰无人机测控系统全过程,结果真实、可信.为电磁频谱管理机构进行系统间干扰分析提供了直观、准确的仿真手段,为作战指挥员合理运用战术提供了理论依据.     

基于粒子群优化算法的无人机航迹规划

无人机作为侦察和作战的重要手段,重要的是保证侦察目标的准确性,对任务/航迹规划系统是无人机实现自主飞行和自主攻击的关键技术。在给出无人机航迹规划问题描述的基础上,提出一种基于粒子群优化算法的无人机航迹规划方法,利用粒子群优化算法,将约束条件和搜索算法相结合,从而有效减小搜索空间,得到一条全局最优路径并进行仿真。仿真结果表明,规划方法能够快速有效地完成规划任务,获得满意的航迹,满足无人机作战要求,具有重要的现实意义。     

基于MapX的无人机生存力分析系统

生存力是无人机设计和使用中最优先考虑的技术指标之一,针对现代战场仿真对态势实时显示及分析结果直观表现的要求,应用MapX组件技术研制了无人机生存力分析系统。首先,简要介绍了MapX的主要框架和特点,讨论了无人机生存力分析系统的功能、组成,并给出了系统的模块划分和程序流程;然后,详细分析了在VC++环境中结合MapX技术实现战区地图显示、漫游、缩放以及作战想定、生存力数据显示处理的功能;最后,给出了生存力分析仿真算例。仿真实验表明,该系统能真实、直观、动态地表现无人机所处的战场地理环境,便于生存力影响因素的分析。     

四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统

为了便于对四旋翼无人机控制算法进行实验仿真和验证,联合Solidworks和Matlab/SimMechanics工具箱设计了一种四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统;利用Solidworks搭建了四旋翼无人机三维实体模型,并通过Solidworks和Matlab转换接口将该实体模型导入到Matlab/SimMechanics中;Matlab/SimMechanics提供了了三维可视化窗口,可以显示无人机的实时仿真状态;仿真平台在Matlab/SimMechanics环境中实现,与Matlab/Simulink通信方便,可方便的将Simulink设计好的控制算法添加到仿真系统中,以进行验证和参数整定,还具有姿态分析和数据分析等功能;轨迹跟踪仿真结果表明,四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统直观可视,准确可靠,能较好地对控制算法进行研究和测试,对四旋翼无人机以及控制算法的研究和开发具有重要价值。     

面向无人机自主防碰撞的认知博弈制导控制

针对非隔离空域中的无人机碰撞规避问题,提出一种基于认知博弈制导的无人机自主防碰撞方法.首先,描述了非隔离空域中无人机自主防碰撞控制问题.其次,建立了无人机与入侵机的运动学模型,并构建了无人机的认知安全域,将无人机碰撞规避问题转化为涉及两方的博弈问题.然后,提出了制导策略集的求解方法.最后,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

无人机编队协同探测研究

未来战争是体系与体系的对抗;将多智能体技术和信息融合技术引入无人机编队系统中,构建出无人机编队协同探测任务规划体系和编队协同探测信息融合体系,并分析了该体系的结构.进而探讨了基于多智能体技术的无人机编队协同探测策略;此外,结合无人机编队面对突发威胁的应对措施,阐述了协同探测策略的具体应用;该研究成果对其他多作战平台系统的协同作战也有一定的借鉴意义。     

复杂三维多面体环境中空地协作追逃问题

结合无人机(UAV)的空中移动和无人车(UGV)的地面移动特点,本文提出了一种UAV/UGV空地协作系统,并且针对其在复杂地形中的追逃问题,提出了一种复杂三维多面体环境中UAV/UGV空地协作追逃策略.首先介绍了UAV/UGV空地协作系统的结构与协作追逃问题描述.接着将边界值问题(BVP)改进并离散化作为博弈走法生成器.然后,针对逃方已知追方位置,而追方只具备直线视野(LOS)的不利条件,分析了最坏情况.逃方策略在保证最大生存条件下尽可能获得博弈胜利.追方策略根据逃方状态分成3种情况进行讨论:逃方处于追方的视野范围内、逃方刚刚消失于追方视野以及追方完全丢失逃方的情况.最后,对比仿真结果说明了本文算法的有效性,并分析了追逃结果的影响因素.由于地形是非凸的并且充满障碍,因此该策略虽不能保证追方一定能够胜利,但在最坏情况下是最优的.     

无人机中继通信系统中信息传输调度算法研究

研究了将无人机作为通信中继平台对战区实施无线通信覆盖时的信息传输调度算法.首先介绍了几种基于信息特征(如优先级、长度、信息在系统总的占用时间等)的调度算法.为了克服传统调度算法的缺点,提出了一种改进的动态优先权调度(DPS,Dynamic Priority Scheduling)算法,将信息的优先级与接受系统服务的时间联系起来,动态调整信息的优先权,从而获得较小的系统平均时延,而且对不同信息又不失“公平性“.最后给出了几种调度算法的仿真结果,并对结果进行了分析.分析表明,动态优先权调度算法是一种比较适合无人机通信中继的实用调度算法.     

无人机群航路规划定量验证方法研究

无人机群航路规划是实现无人机群对目标协同搜索的关键，针对无人机群航路规划的优化、解算问题，提出了一种针对无人机群航路规划的定量验证方法，该方法运用概率迁移系统与随机多主体博弈模型构建了无人机群航路时空系统模型，使用概率空间时态逻辑对无人机群航路规划的质量指标进行了描述，通过自动验证算法实现质量指标的验证。该方法可实现对无人机群航路规划的建模、分析工作，完成对无人机群航路规划在任务完成度、飞行安全度和性能发挥度这3个方面质量指标的计算，为确定无人机群的较优航路提供理论依据。     

多无人机协同直播场景下自适应任务卸载决策

针对多无人机协同执行任务过程中计算量大和能耗高的问题,基于计算卸载原理以及博弈理论,提出一种多无人机自适应任务卸载方案.在方案中首先对系统进行建模,构造出多节点相互制约的移动卸载模型;其次,根据卸载模型分别构建无人机执行任务时的时延与能耗计算方法,通过综合考虑延时和能耗两方面因素,生成系统全局代价函数;然后,设计出基于博弈理论和纳什均衡的自适应任务卸载算法,通过卸载算法与权重的分配实现最优计算节点的选取,实现整个直播系统的代价最小,从而平衡无人机计算时延与能量消耗;最后,与现有卸载模型相比,所提出的方案在任务执行过程中具有较强的移动性,能耗更低且时效性更高.仿真结果验证了所提出理论的有效性,具有现实意义.     

滑跑无人机起降过程动力学特性分析及性能底数评估

在备战打仗大环境下,为了给装备试验考核提供技术参考,针对滑跑起降无人机起降阶段机身-起落架-地面之间复杂的动态特性,本文建立了飞机-起落架-跑道的系统动力学仿真模型及动力学方程,分别采用多尺度法和有限元分析法研究了其在不同气动载荷、重力以及作动筒载荷耦合作用下的系统动力学特性,并对可靠性和安全性进行了仿真分析.结果表明,不同降落速度对起落架-地面系统的动力学行为有较大的影响；起落架系统强度、刚度和安全特性满足相关指标.通过滑跑起降无人机动态安全特性以及在飞行作战中的极限疲劳寿命分析,为后续武器装备的考核以及性能底数评估提供了技术参考.     

考虑舰载无人机的海战场作战物资保障中心选址及配置优化研究

俗话说：兵马未动,粮草先行。作战物资供应保障能力已经成为影响战争胜负的重要因素。传统的海战场作战物资保障大多采用有人船只在海面运送物资,运输速度慢,容易被敌军发现,可能产生人员伤亡。为提升运送效率、人员和物资的安全性,考虑采用舰载无人机的方式解决海战场作战物资保障中心的选址及配置问题。首先,构建了双目标非线性规划模型,并设计了一种结合自适应聚类算法和整数规划模型的两阶段决策方法对问题进行求解,分别得到物资运送时间最短的海战场物资保障中心选址方案、满足物资需求前提下成本最小的母舰和无人机的配置方案。最后,通过算例分析证实了本文提出方法的有效性和实用性,为海战场作战物资保障中心选址及配置提供了理论依据和决策支持,有助于增强海战场作战后勤保障能力。