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舰艇CGF协同反潜技术研究

孙珠峰  
【摘要】:本文以提高潜艇综合训练仿真系统的逼真度、交互性和可重用性为研究目的,研究了舰艇CGF(Computer Generated Forces)反潜的技术和方法,包括舰艇CGF的体系结构、运动模型、行为模型和生理模型等,这些模型的建立和研究提高了作为潜艇训练对象的舰艇兵力在各种训练科目中的行为表达能力,从而使得潜艇训练逼真度达到一个新的水平。舰艇CGF新体系结构的采用不但可以适应目前应用系统的需求,还可以方便的移植到其它系统中去,从而拓展了舰艇CGF的应用范围,为研究更加逼真、细致和复杂的舰艇CGF系统提供了一个基础技术平台。 本文的研究方法是广泛收集和分析前人研究成果,针对其不足之处和本文的研究目标提出自己的理论分析结果并进行理论的扩展,进而提出系统的基本框架和实现过程,最后用计算机程序实现了舰艇CGF的基本理论和模型,并已成为实际潜艇综合训练仿真系统的一个重要组成部分。 为了实现上述研究目标,本文的研究过程和结果包括:分析和总结了CGF的基本概念、国内外的发展和研究现状,指出了现有CGF的不足之处,继而提出建立具有多部门协同反潜能力的单水面舰艇、水面舰艇编队和反潜直升机的舰艇CGF系统,该系统能够较为逼真地仿真舰艇作战过程中的生理、情感、认知和行为表达过程,并具有HLA(High Level Architecture)兼容的体系结构;为了满足系统的交互性和扩展性,提出了基于HLA的舰艇CGF总体方案,建立了采用仿真对象模板的舰艇CGF对象类结构表和交互类结构表,给出了潜艇综合训练仿真系统联邦建立过程和舰艇CGF作为联邦成员的执行过程。为了同时满足潜艇仿真训练过程中的实时性和三维运动过程递推的要求,对舰艇CGF的运动模型进行了简化,可根据已知舰艇CGF的战术技术指标得到满足仿真精度和速度要求的、多实体统一的简化运动方程,并提出了在Direct3D下实现舰艇CGF运动特性仿真的方法。本文研究和建立的舰艇CGF系统是具有多舰艇目标反潜仿真能力的系统,采用了协同学理论来分析舰艇协同反潜态势问题,在基本协同网络的基础上提出了一种广义协同网络模型,提出了该模型的实用快速算法和具体应用实例。 哈尔滨工程大学博士学位论文 提高舰艇CGF的真实性和智能行为能力是舰艇CGF研究的一个重点和 核心。本文提出了一种基于马尔可夫链的分层框架来描述和建立舰艇CGF 多阶段、多层次和多实体的反潜过程。该框架将舰艇CGF反潜过程分为任务 层、战术行为层和紧急行动层,其中的任务层可根据训练要求、战场态势和 单个舰艇CGF的性能确定训练任务的划分和再划分;紧急行动层类似人类的 应急反应过程,其目的是首先解除自身面临的紧急危险;战术行为层中提出 了一种“刺激一反应”模型,将舰艇CGF的生理行为系统、情感系统、认知 系统、行为系统和记忆单元综合在内,在提出通用行为调节模型(P MF)的基 础上,对影响舰艇CGF决策过程的各种相关因素进行了定量化处理,形成马 尔可夫决策过程进行状态转移所必须的各种效用值及逻辑条件,采用值迭代 法可以确定获取最大效用值的马尔可夫决策过程(MDP)状态转移策略。最后, 给出了受生理反应模型调用和控制的标准行为程序库。这种多层次框架基本 解决了舰艇CGF智能性和真实性的综合问题,提高了舰艇CGF的可信度。 尽管舰艇CGF反潜过程包括了舰载直升机的反潜过程,但直升机反潜过 程还是一种相对独立的过程,本文采用Petri网理论建立了直升机反潜过程的 模型,,提出了处理并行和冲突机制的变迁实施策略,最后给出了直升机特有 的行为程序。 本文的部分研究成果已经用于海军潜艇部队模拟训练系统中,经过潜艇 艇员的实际使用和检验,证实了舰艇CGF理论和应用模型的有效性和实用 性。


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